Как работает тепловой насос для отопления дома

Принцип работы теплового насоса

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».

Основной принцип теплового насоса заключается в аккумулировании низкотемпературного тепла при испарении и дальнейшей отдачи энергии при последующей конденсации. Этот процесс происходит без изменения температуры, если только рабочее тело не будет сжато механически, что приведет к повышению температуры.

Как отапливают дома в Швеции, Японии. Как устроен тепловой насос. Отопление будущего

Теплонасос функционирует как холодильник, только наоборот: холодильник переносит тепло изнутри во вне, в то время как тепловой насос переносит тепло из окружающей среды вовнутрь. Природное тепло теплоносителя (в роли которого выступает вода или рассол) передается к испарителю.

Внутренний контур теплового насоса заполнен хладагентом (рабочее вещество: фреон, аммиак, метан, пропан и др.), который, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газообразное. Из испарителя газообразный хладагент попадает в компрессор, где он сжимается до высокого давления и высокой температуры. Далее горячий газ поступает в конденсатор, где происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый конденсатор передает тепло в систему отопления.

Первичный контур теплового насоса состоит из элементов, участвующих в получении тепла из внешнего источника – например теплообменника, циркуляционного насоса рассола или воздушного вентилятора, а у водо-водяного теплового насоса еще и промежуточного теплообменника. Вторичный контур включает в себя компоненты, необходимые для преобразования энергии и передачи ее потребителю.

Низкотемпературные воздушные тепловые насосы для отопления дома работают, используя тот же физический принцип, но с большей эффективностью. Как отопление осуществляется на практике?

• Любое, даже охлажденное тело, имеет потенциальную тепловую энергию. Даже при отрицательной температуре в воздухе содержится определенное количество тепла. При -15°С больше, 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 есть и в зимнее время года в воздухе, 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 есть в наружном воздухе даже при отрицательных температурах.
• Испарившийся газ поступает в компрессор, где создается высокое давление и где фреона нагревается. Под давлением фреон разогревается и поступает в конденсатор, где он преобразуется в жидкость. При этом выделяется тепло, которое фреон получил при испарении во внешнем блоке от наружного воздуха.
• Фреон, по замкнутому контуру, обратно возвращается в испаритель, и цикл повторяется.

Режимы работы тепловых насосов

В зависимости от характера отопления и необходимости различных температур для отопления, существует выбор типа теплового насоса или его комбинации с другим теплогенератором. По режиму работы выделяют моновалентное, бивалентное и моноэнергетическое использование тепловых насосов:

Вся правда о тепловых насосах и воздушном отоплении Вашего будущего дома

• В моновалентномрежиме эксплуатации тепловой насос является единственным источником тепла для помещения, включая отопление и горячее водоснабжение. Требуемая максимальная температура подачи в отопительную систему в данном случае должна быть немного ниже максимально возможной температуры подачи теплового насоса.
• В бивалентном режиме возможна эксплуатация со вторым теплогенератором как в полном параллельном режиме, так и частичном. В этом случае тепловой насос выступает как основной теплогенератор, а более высокую температуру системы отопления обеспечивает дополнительный пиковый котел.
• В моноэнергетическомрежиме вторым теплогенератором выступает установка той же породы — электрическая, т.е. используется электронагревательный котел (или электронагревательная вставка).

Тепловые насосы имеют следующие преимущества по сравнению с традиционными видами отопления:

• Высокая эффективность. КПД теплового насоса составлет 300-700%, т.е. он поглощает в 3-7 раз меньше электрической энергии, чем выделяет тепла. Например, КПД насоса, представленного на рисунке, составляет 400%.
• Реверсивность. Тепловой насос может быть использован как кондиционер в летний сезон
• Экологичность. Cбережение невозобновляемых энергоресурсов и защита окружающей среды, в том числе и путем сокращения выбросов СО2 в атмосферу
• Надежность. минимум подвижных частей с высоким ресурсом работы, независимость от поставки топочного материала и его качества, защита от перебоев электроэнергии
• Долговечность. Cрок службы теплового насоса составляет 15-25 лет
• Безопасность. Не имеет открытого пламени, выхлопов,пожароопасных хранилищ для угля, дров, мазута или солярки; исключена утечка газа или разлив мазута

Эта статья прочитана 10300 раз(а)!

Продолжить чтение

Виды тепловых насосов Тепловые насосы в качестве первичного источника тепла используют экологически чистую природную энергию грунта, воды или воздуха (см.рис). Они также могут использовать и любое уходящее технологическое тепло. В зависимости от вида первичного источника тепла выделяют следующие виды тепловых…

Тепловые насосы Nibe NIBE Energy Systems (Швеция) — это лидер рынка теплового оборудования северо-европейских стран, Польши и Чехии. Специализируется на отоплении помещений используя геотермальные источники энергии, а так же на производстве бойлеров, водонагревателей, котлов и др. отопительной технике, качественной продаже…

Тепловые насосы Основная масса тех кто ищет дешевое отопление, хотят приблизится по стоимости ежемесячных платежей к магистральному газу. Немаловажно и минимальное обслуживание системы отопления. Конкурентов геотермальному тепловому насосу в этом отношении нет. Воздушные ТН, газгольдеры, салярка и т. п. дороже…

Источник: www.solarhome.ru

За альтернативными источниками энергии будущее! Тепловой насос для отопления дома

Для отапливания помещений обычно используется газ или электричество. Однако такой метод отопления обойдётся в кругленькую сумму, поскольку и то, и другое стоят достаточно дорого.

Именно поэтому для отопления частных и загородных домов используются альтернативные источники энергии, а одним из самых популярных методов обогрева является использование тепловых насосов.

Что такое тепловой насос для отопления частного дома? Как работает?

Специальное устройство, которое способно извлекать тепло из окружающей среды называется тепловой насос.

Применяются такие приборы в качестве основного или дополнительного метода обогрева помещений. Некоторые устройства также работают на пассивное охлаждение здания — при этом насос применяется как для летнего охлаждения, так и для зимнего обогрева.

В качестве топлива используется энергия окружающей среды. Такой обогреватель извлекает тепло из воздуха, воды, грунтовых вод и так далее, поэтому это устройство относят к классу возобновляемых источников энергии.

Важно! Для работы таких насосов требуется подключение к электросети.

В состав всех тепловых аппаратов входит испаритель, компрессор, конденсатор и расширительный клапан. В зависимости от источника тепла различают водяные, воздушные и другие устройства. Принцип действия очень похож на принцип работы холодильника (только холодильник выбрасывает горячий воздух, а насос поглощает тепло).

Большинство приспособлений работают как при положительных, так и при отрицательных температурах, однако КПД устройства напрямую зависит от внешних условий (т. е. чем выше температура окружающей среды, тем мощнее будет устройство). В общем случае прибор работает следующий образом:

1. Тепловой насос вступает в контакт с окружающими условиями. Обычно аппарат извлекает тепло из земли, воздуха или воды (в зависимости от типа устройства).
2. Внутри прибора установлен специальный испаритель, который заполнен хладагентом.
3. При контакте с внешней средой хладагент закипает и испаряется.
4. После этого хладагент в виде пара поступает в компрессор.
5. Там он сжимается — благодаря этому серьёзно повышается его температура.
6. После этого разогретый газ поступает в систему отопления, что приводит к нагреванию основного теплоносителя, который и используется для отопления помещений.
7. Хладагент понемногу охлаждается. В конце он превращается обратно в жидкость.
8. Потом жидкий хладагент поступает в специальный клапан, который серьёзно понижает его температуру.
9. В конце хладагент вновь попадает в испаритель, после чего цикл нагрева повторяется.

Фото 1. Принцип работы теплового насоса типа грунт-вода. Синим цветом показан холодный теплоноситель, красным — горячий.

Преимущества:

• Экологичность. Такие устройства относятся к возобновляемым источникам энергии, которые не загрязняют атмосферу своими выбросами (тогда как в случае использования природного газа образуются вредные парниковые испарения, а для производства электроэнергии часто применяется сжигание угля, из-за чего также загрязняется воздух).
• Хорошая альтернатива газу. Тепловой насос идеально подойдёт для отопления помещений в случаях, когда использование газа затруднительно по тем или иным причинам (например, когда дом находится вдали ото всех основных инженерных сетей). Насос также выгодно отличается от газового отопления тем, что для установки такого прибора не требуется получать государственное разрешение (но при бурении глубокой скважины его все же придётся получить).
• Недорогой дополнительный источник тепла. Насос идеально подойдёт в качестве дешёвого вспомогательного источника питания (оптимальный вариант — применение газа зимой и насоса — весной и осенью).

Недостатки:

1. Тепловые ограничения в случае использования водяных насосов. Все тепловые аппараты хорошо функционируют при положительных температурах, тогда как в случае работы при отрицательных температурах многие насосы перестают работать. В основном это связано с тем, что при этом вода замерзает, что делает невозможным её применение как источника тепла.
2. Могут появиться проблемы с устройствами, которые в качестве тепла используют воду. Если для нагрева применяется вода, то потребуется найти её стабильный источник. Чаще всего для этого следует пробурить скважину, благодаря чему расходы на монтаж устройства могут возрасти.

Внимание! Насосы обычно стоят в 5—10 раз дороже газового котла, следовательно использование таких приборов в целях экономии в ряде случаев может быть нецелесообразно (чтобы насос окупился, потребуется подождать несколько лет).

Основные разновидности, их принципы работы

Все тепловые насосы отличаются друг от друга по источнику энергии. Основные классы устройств: грунт-вода, вода-вода, воздух-вода и воздух-воздух.

Первое слово указывает на источник тепла, а второе — означает то, во что оно превращается в устройстве.

Например, в случае прибора грунт-вода тепло извлекается из земли, а потом оно преобразуется в горячую воду, которая используется как нагреватель в системе отопления. Ниже мы рассмотрим разновидности тепловых насосов для отопления более подробно.

Грунт-вода

Установки типа грунт-вода добывают тепло прямо из земли с помощью специальных турбин или коллекторов. В качестве источника в данном случае используется земля, которая нагревает фреон. Он нагревает воду, которая находится в баке-конденсаторе. При этом фреон охлаждается и поступает обратно на вход насоса, а разогретая вода используется в качестве теплоносителя в основной системе отопления.

Цикл нагрева жидкости продолжается до тех пор, пока насос получает электричество из сети. Самым затратным, с экономической точки зрения, является метод грунт-вода поскольку для монтажа турбин и коллекторов придётся бурить глубокие скважины или менять расположение грунта на большом участке земли.

Вода-вода

По своим техническим характеристикам насосы типа вода-вода очень похожи на устройства класса грунт-вода с тем лишь отличием, что в качестве первичного источника тепла в данном случае используется не земля, а вода. В качестве источника могут использоваться как подземные воды, так и из различных водоёмов.

Фото 2. Монтаж конструкции для теплового насоса типа вода-вода: в водоём погружаются специальные трубы.

Устройства класса вода-вода значительно дешевле насосов типа грунт-вода, поскольку для их установки не нужно бурить глубокие скважины.

Справка. Для работы водяного насоса достаточно погрузить несколько труб в ближайший водоём, поэтому для его работы не нужно бурить скважины.

Вам также будет интересно:

Воздух-вода

Установки класса воздух-вода получают тепло прямо из окружающей среды. Такие приборы не нуждаются в крупном внешнем коллекторе для сбора тепла, а для нагрева фреона используется обыкновенный уличный воздух. После нагревания фреон отдаёт тепло воде, после чего горячая вода поступает в отопительную систему через трубы. Устройства данного типа довольно дешёвые, поскольку для работы насоса не нужен дорогостоящий коллектор.

Воздушный

Установка класса воздух-воздух тоже получает тепло прямо из окружающей среды, а для её работы также не требуется внешний коллектор. После контакта тёплого воздуха происходит нагрев фреона, затем фреон нагревает воздух в насосе. Потом этот воздух выбрасывается в помещение, что приводит к локальному повышению температуры. Устройства данного типа также являются довольно дешёвыми, поскольку для их работы не требуется установка дорогостоящего коллектора.

Фото 3. Принцип работы теплового насоса воздух-воздух. В отопительные радиаторы поступает теплоноситель с температурой 35 градусов.

Расчёт для систем отопления, таблица

Главным показателем, который показывает мощность того или иного теплового прибора, является параметр КПТ (в англоязычной литературе он известен под аббревиатурой COP). КПТ — коэффициент преобразования тепла, который вычисляется путём деления общей мощности устройства на количество потребляемого электричества за единицу времени. Например, некий насос X потребляет 2 кВт/ч электрической энергии, а вырабатывает при этом 5 кВт/ч тепловой энергии — в таком случае значение КПТ = 5/2 = 2,5.

Коэффициент преобразования большинства устройств находится в пределах от 3 до 7, однако чем выше КПТ, тем дороже будет стоить прибор. Следует также помнить, что значение КПТ зависит от температуры окружающей среды — если она слишком низкая, то значение КПТ начнёт стремиться к 1 (фактически для нагрева теплоносителя используется только электричество, а внешнее тепло принимать участие в обогреве здания не будет).

Фото 4. Таблица с расчетом мощности теплового насоса типа воздух-вода от производителя Sapun.

Применение того или иного насоса должно быть оправдано с инженерной точки зрения. Для покупки прибора сперва производят расчёт теплопотерь здания. Для этого используется следующая формула: КТ = (ОЗ * МТП * КС)/860. Расшифровывается она так:

• Количество тепла (единицы измерения — кВт/ч).
• ОЗ — общий объем здания.
• МТП — максимальный температурный перепад. Для определения этого показателя следует отнять температуру в помещении от уличной температуры. Например, вы хотите, чтобы в помещении температура зимой составляла 20 °C, тогда как на улице она будет находиться рядом с отметкой —10 °C — в таком случае МТП = 20 — (-10) = 30.
• КС — специальный поправочный коэффициент, который учитывает тип стен. Для деревянных — показатель КС равен 3—4 единицам, для кирпичных стен — 2—3, для кирпичных в два слоя — 1—2, для кирпичных в 2 слоя с утеплителем — 0,5—1.
• Число 860 — поправочный коэффициент, на который делится итоговое значение, чтобы перевести килокалории в киловатт-часы.

Внимание! Эта формула — приблизительная, поскольку температурный режим здания сильно зависит от его конструктивных особенностей. Поэтому при покупке инженеры рекомендуют покупать отопительный насос «с запасом».

Монтаж теплового насоса

Метод установки прибора зависит от типа и модели устройства, а также от особенностей местности. Давайте рассмотрим пример монтажа простейшего теплового насоса класса земля-вода:

• Сначала проводятся подготовительные работы. На данном этапе происходит замер уровня залегания грунтовых вод, определение мощности электросети и так далее. В конце этапа происходит бурение скважины в соответствии с планом.

Фото 5. Монтаж теплового насоса типа грунт-вода: в заранее вырытые скважины погружаются специальные трубы.

• После чего в скважины опускаются геотермальные зонды, которые будут извлекать тепло из земли. На этом этапе устанавливается также ещё и испаритель с хладагентом, который будет передавать тепло на компрессор.
• Теперь его необходимо установить. Обычно прибор ставят в помещении рядом с домом; площадь компрессора обычно составляет менее 1 квадратного метра, поэтому, как правило, такое устройство устанавливают в небольшом помещении.
• После этого происходит подключение насоса к отопительной сети дома с помощью труб. На завершающем этапе производится тестовый запуск, а в случае обнаружения каких-либо недочётов производится отладка.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается о принципах работы теплового насоса для отопления грунт-вода.

Безопасность и экологичность

Тепловой насос — хорошее устройство, которое идеально подойдёт для обогрева здания в качестве вспомогательного источника тепла.

В качестве топлива в таком случае используются ресурсы окружающей среды, поэтому тепловой насос считается возобновляемым источником энергии.

Главные преимущества — безопасность и экологичность, поскольку для эксплуатации не используется сжигание газа или угля.

Такой прибор не навредит человеку и окружающей среде, но использовать его следует с умом, поскольку в ряде случаев применение этого прибора может быть нецелесообразно с инженерной или экономической точки зрения.

• Аккумуляторные отвертки
• Аксессуары
• Аксессуары для пневмоинструмента
• Баки
• Бензорезы и электрорезы
• Блоки автоматики
• Вентиляторы бытовые
• Вертикуттеры и аэраторы
• Видеорегистраторы систем видеонаблюдения
• Внешние аксессуары
• Водонагреватели
• Водяные насосы
• Водяные тепловентиляторы
• Воздуходувки и садовые пылесосы
• Воздушные компрессоры
• Встраиваемые конвекторы
• Газовые баллоны
• Газовые конвекторы
• Газовые обогреватели
• Газонокосилки
• Гайковерты
• Горелки для котлов отопления
• Готовые комплекты видеонаблюдения
• Греющий кабель
• Грили, коптильни, барбекю
• Двигатели для садовой техники
• Дрели и строительные миксеры
• Дровоколы
• Измельчители садового мусора
• Инструменты для приготовления
• Ионизаторы воздуха
• Камеры видеонаблюдения
• Камины и печи
• Клеевые пистолеты
• Климатизаторы
• Коллекторные шкафы
• Комплектующие для кондиционеров
• Комплектующие для полотенцесушителей
• Комплектующие для радиаторов и теплых полов
• Комплектующие для систем видеонаблюдения
• Кондиционеры
• Ленточные пилы
• Малярные установки
• Мангалы
• Мини-тракторы
• Модули управления
• Мойки ВД
• Монтажные пилы
• Мотоблоки и культиваторы
• Мотопомпы
• Наборы пневмоинструментов
• Наборы посуды
• Навесное оборудование
• Надставки для котлов
• Ножи и насадки для газонокосилок
• Обогреватели
• Осушители воздуха
• Отбойные молотки
• Отопительные котлы
• Очистители и увлажнители воздуха
• Перфораторы
• Пилы сабельные и электроножовки
• Плиткорезы
• Пневматические аэрографы, краскопульты, текстурные пистолеты
• Пневмогайковерты
• Пневмодрели
• Пневмозаклепочники
• Пневмолобзики и пилы
• Пневмоножницы и пневмоножи
• Пневмопистолеты
• Пневмостеплеры
• Пневмотрещотки
• Пневмошлифмашины
• Пневмошуруповерты
• Полотенцесушители
• Прочие аксессуары
• Прочие пневмоинструменты
• Радиаторы отопления
• Распиловочные станки
• Решетки для гриля
• Решетки для конвекторов
• Садовые ножницы и кусторезы
• Сенокосилки
• Системы управления для котлов
• Скобы, гвозди и штифты
• Снегоуборщики
• Строительные фены
• Строительные электроножницы
• Счетчики воды
• Теплоаккумуляторы
• Тепловые завесы
• Тепловые насосы
• Тепловые пушки
• Теплоноситель
• Терморегуляторы
• Топливные блоки и биотопливо
• Торцовочные пилы
• Триммеры
• Тёплый пол
• Установки для алмазного бурения
• Фрезеры
• Цепные электропилы и бензопилы
• Циркулярные (дисковые) пилы
• Цифровые бытовые метеостанции
• Шампуры
• Штроборезы
• Шуруповерты
• Электрические краскопульты
• Электролобзики
• Электрорубанки

Источник: ogon.guru

Как работает тепловой насос, где его можно устанавливать

28 апреля 2021

Основной принцип физики, объясняющий технологию тепловых насосов, используется веками. Древние китайцы использовали геотермальную энергию природных горячих источников для обогрева своих домов. Однако, несмотря на свою долгую историю, тепловые насосы все еще немного сложны для понимания, и вот почему: тепловой насос — это не печь, но он может согреть ваш дом. И это не кондиционер, но он может охладить ваш дом.

Тепловой насос — это универсальное устройство для обогрева и охлаждения, которое спроектировано так, чтобы поддерживать комфорт в вашем доме круглый год. Он состоит из двух основных компонентов: внутреннего кондиционера и наружного теплового насоса, который похож на центральный кондиционер. В насосе есть компрессор, который поглощает, а затем отдает тепло.

Летом тепловой насос работает так же, как кондиционер, поглощая тепло изнутри вашего дома и выводя его на улицу. Зимой процесс меняется на противоположный, и насос забирает тепло из наружного воздуха и доставляет его в помещение для обогрева вашего дома. И тепловые насосы можно адаптировать; они могут поглощать тепло из трех разных источников: воздуха, земли или воды.

Метод с использованием источника воздуха на сегодняшний день является наиболее распространенным и доступным способом эксплуатации теплового насоса. А поскольку он использует электричество для передачи тепла, а не для сжигания топлива, тепловой насос намного более энергоэффективен, чем большинство других нагревательных приборов, обычно потребляя на 50 % меньше энергии.

Самое удивительное в тепловом насосе — это то, что он может извлекать тепло из холодного воздуха, потому что даже холодный воздух содержит некоторое количество тепла. Например, представьте, что вы стоите на улице при — 5 ° С. Вам будет холодно, правда? Но было бы теплее, чем если бы температура упала до — 15 градусов. Именно способность поглощать тепло из воздуха — даже холодного воздуха, делает тепловые насосы надежными и гораздо более энергоэффективными, чем системы с одним источником, которые производят только холодный или теплый воздух.

И это подводит нас к еще одной замечательной особенности теплового насоса: он не генерирует тепло на пустом месте. Вместо этого он просто перемещает или «перекачивает» тепло из одного места в другое, что приводит к значительному снижению энергопотребления.

Теперь вам может быть интересно, почему не в каждом доме есть тепловой насос, и вот почему: тепловые насосы идеально подходят для регионов с умеренным климатом, но менее эффективны в районах с длинными холодными зимами. Как правило, тепловые насосы эффективны при температуре около — 3 ° С или около того. Если будет холоднее, насос будет изо всех сил отводить тепло, в результате чего он будет работать гораздо менее эффективно.

Однако это не означает, что тепловой насос не является жизнеспособным вариантом, независимо от того, где вы живете. В регионах с холодным климатом, где требуется много отопления дома, тепловой насос можно подключить к газовой печи, известной как двухтопливная система. Когда погода становится прохладной, тепловой насос вырабатывает тепло и использует печь для продувания теплого воздуха по всему дому. В очень холодную погоду, когда тепловой насос не может извлечь необходимые БТЕ, он автоматически отключается и включается печь.

• | «Канадский колодец» — система использования тепла земли для отопления зимой и охлаждения летом
• | Как не зависеть от газа — тепловые насосы для отопления и горячего водоснабжения дома
• | Тепловой насос Френетта, своими руками — КПД превышает 100%

В регионах с преимущественно жаркой погодой, где отопление не так важно, тепловой насос можно подключить к воздухоочистителю. В этом случае тепловой насос нагревает или охлаждает воздух, а кондиционер циркулирует по всему дому.

Источник: building-tech.org

Разбираемся насколько выгодно геотермальное отопление частного дома

Выбирая вариант обогрева индивидуального жилья или производственных построек, обращают внимание в первую очередь на доступность и стоимость топлива в месте строительства. Важно представлять размеры финансовых и трудовых вложений в период монтажа оборудования, эксплуатационные расходы, а также эффективность будущей системы в конкретных условиях эксплуатации.

Геотермальное отопление частного дома преподносится маркетологами в качестве универсального решения для любых случаев, что не совсем верно. В статье собран материал, помогающий понять, что и по какой цене предлагают застройщику, а также сравнить этот вид отопления с другими способами.

Преимущества и недостатки геотермальных тепловых насосов

Опыта массовой и, главное, продолжительной эксплуатации тепловых насосов в России немного. Пользователи разделились на два противоположных лагеря: на тех, кто хвалит систему отопления (сюда же стоит отнести продавцов и монтажников) и противников, столкнувшихся с трудностями эксплуатации или недобросовестными компаниями-установщиками.

На основании отзывов можно сделать выводы о достоинствах и недостатках тепловых насосов.

Преимущества	Недостатки
Низкий расход электроэнергии, на 1 кВт потраченной электроэнергии получают 2,5-3,5 кВт (в реальности) и до 7 кВт (в идеале) тепловой мощности	Большие финансовые вложения на этапе проектирования и монтажа
Возможность установки в любой местности – в зависимости от региона применяют грунтовые, водяные или воздушные контуры забора внешнего тепла	Необходимость дополнительных источников тепла при температуре воздуха ниже 25°С
Реверсивность – система работает на обогрев зимой и охлаждение летом	Опасность для почвенных микроорганизмов – грунт охлаждается, гибнут бактерии, снижается плодородие почвы
Универсальность – можно использовать для отопления дома, нагрева воды для повседневных нужд или воды в бассейне	Системы эффективны только при оборудовании «тёплого пола» – теплоноситель греется до 50°С, этого недостаточно для эффективной работы радиаторов
Долговечность – зарубежный опыт говорит о 30-50 годах эксплуатации до замены оборудования	Низкая эффективность при небольшом разбросе температур теплоносителя во внешнем контуре и среде прокладки (грунт, вода)
Минимальные затраты на техническое обслуживание
Полная автоматизация процесса
Экологическая безопасность – нет вредных выбросов
Для работы потребуется только наличие электричества

Достоинства проявляются при качественном проектировании, верном выборе оборудования, соблюдении правил монтажа.

Устройство и принцип работы геотермального отопления

Наглядно увидеть как работает тепловой насос можно на примере бытового холодильника или сплит-системы. Если дотронуться до радиатора на тыльной стороне холодильника, он окажется горячим, в то же время стенки морозильной камеры будут охлаждены.

В похожем режиме работают разнесённые в пространстве кондиционеры – внутренний блок охлаждён и служит источником прохлады, наружный блок сбрасывает на улицу тепло. В реверсном режиме сплит-система греет воздух в помещении.

В тепловом насосе, предназначенном для отопления, внешний блок забирает тепло из воздуха, грунта или воды, для чего прокладывают внешние контуры из труб. В водяных контурах возможна перекачка воды, вход и выход в этом случае располагают на расстоянии около 20 метров. После преобразований в центральном блоке тепло поступает в дом.

В состав геотермальной системы отопления входят:

1. Непосредственно тепловой насос с компрессором, испарителем, конденсатором и дроссельным клапаном.
2. Контур низкотемпературного тепла.
3. Контуры обогрева помещений (водяной или жидкостный) и подогрева воды.

В основе работы заложены работы Николя Леонара Сади Карно, одного из видных учёных, изучавших термодинамику на стадии становления этой науки. Подробно алгоритм работы заключается в следующем:

1. Теплоноситель внешнего контура перекачивается по трубам. За время движения жидкость нагревается на несколько градусов от тепла земли, воды или воздуха.
2. Внешний контур проходит через теплообменник-испаритель, где нагревает хладагент, например, фреон, который испаряется. Кроме того, хладагент поступает в испаритель через капиллярное отверстие и резко расширяется, что также способствует нагреванию.
3. Компрессор сжимает нагретый хладагент, ещё больше повышая температуру фреона.
4. Горячий сжатый хладагент поступает в конденсатор, где, охлаждаясь и превращаясь из пара в жидкость, отдаёт тепло теплоносителю системы отопления, циркулирующему уже по трубам отопления. Другой вариант — нагревает воздух, который распределяется по помещениям.
5. Далее хладагент вновь поступает в испаритель, где нагревается новой порцией теплоносителя, циркулирующего во внешнем контуре.

Часто задают вопрос: откуда получается КПД тепловых насосов 300-700%. Это происходит благодаря тому, что теплоноситель внешнего контура выходит из насоса имея температуру от -15°C до +7 о С и нагревается грунтом (водой, воздухом) до на 2-8°С, т.е. «забирает» часть энергии из внешних источников. Хладагент в насосе испаряется не только за счёт работы компрессора, но и из-за поступившего извне тепла.

Важно! Точные цифры температуры теплоносителя внешнего контура могут меняться у разного оборудования, но, чтобы тепловой насос выполнял свои функции, теплоноситель должен нагреваться хотя бы на 2-4 градуса. В противном случае экономический эффект отсутствует или даже получается отрицательным.

Способы организации геотермального отопления

Геотермальные системы отопления классифицируют по нескольким признакам:

1. Комбинации среды прокладки внешнего контура и виду теплоносителя внутреннего контура.
2. Способу прокладки тепловых зондов (контуров) в грунте или воде – вертикальный или горизонтальный.

Первый параметр указан производителем оборудования. Например, обычная сплит-система будет относиться к классу «воздух-воздух», забирать тепло из воздуха улицы и отдавать в помещения.

Насос «грунт-вода» забирает тепло земли и греет жидкий теплоноситель системы отопления. Параметр «вода-воздух» подразумевает конструкторское решение, при котором внешний контур расположен в воде (внешнем водоёме или в скважине), а тепло по дому распределяется потоками нагретого воздуха.

Выбор того или иного способа зависит от условий эксплуатации.

Обоснование выбора класса оборудования

Один из главных параметров на который обращают внимание при покупке тепловых насосов – это коэффициент трансформации теплоты COP (coefficient of performance). Он может быть равен от 1 до 7, иными словами: 1 кВт электроэнергии преобразуется в 1-7 кВт тепловой мощности. Важно понимать, что реальный коэффициент геотермальных тепловых насосов будет меньше заявленного в паспорте, так как для работы потребуются затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя по внешнему контуру, и чем он длиннее, тем больше будут эти затраты.

На практике и по отзывам пользователей следует рассчитывать на СОР равный 2,5-3,2 если вести учёт в течение всего периода эксплуатации – температура грунта и воды постепенно меняется в зависимости от климатических условий.

В большей степени выбор среды, откуда будет забираться тепло, зависит от климатических условий региона и геологических особенностей места строительства.

Оборудование с внешним контуром, расположенным в воде, выбирают, если:

• водоём является частным прудом;
• глубина скважины до подземных вод не превышает 20 метров (в некоторых регионах до 45 метров).

Если эти условия не соблюдаются, то необходима лицензия на право пользования недрами. Если при проверке контролирующими органами лицензии не окажется, то оборудование придётся остановить и заплатить штраф до нескольких миллионов рублей.

Кроме того, важным является расстояние от водоёма до дома, если оно свыше 25-30 метров, то эффективность резко снижается – потребуется дополнительные расходы на перекачку теплоносителя и утепление трубопровода.

Размещение внешнего контура в грунте на своём участке не запрещается, но следует правильно выбрать способ расположения труб – горизонтальный или вертикальный.

В зависимости от состава грунта, с одного метра горизонтальной трубы можно снимать до 50 Вт тепловой мощности. Однако это справедливо для глинистых грунтов. Песчаники и суглинки могут отдать от 12 до 25 Вт/м, а для теплового насоса мощностью 10 кВт может понадобиться внешний горизонтальный контур длиной от 200 до 700 м. Для его размещения понадобится участок 450 м 2 . Размещение труб кольцами не эффективно, так как теплоноситель охлаждает грунт вокруг себя и соседние кольца просто не будут эффективно прогреваться.

Важно! В течение зимы грунт постепенно вымораживается, становится холоднее и СОР падает к февралю-марту, так как теплоноситель уже меньше нагревается.

По отзывам владельцев участков в месте, где размещён горизонтальный контур теплового насоса через несколько лет эксплуатации меняется структура грунта, хуже растут овощные растения и землю используют только под газон. Не сажают в таких местах и деревья с мощной корневой системой, которая может разрушить трубы.

Оптимальной считают вертикальную систему проколов или скважин, в которых размещают несколько контуров, расходящихся в разные стороны. На большой глубине температура земли стабильнее и мало зависит от климата. Для выводов труб оборудуют колодец, в котором размещают коллекторы. Скважины бурят под углом к горизонту и располагают по окружности – так снижается влияние каждого контура друг на друга.

Можно ли сделать все своими руками

Собрать геотермальную систему отопления своими руками в теории можно, но на практике сделать это трудно, если не невозможно.

Понадобится большой объём земляных работ при горизонтальной укладке контура. Трубы размещают минимум на 0,5 метра ниже уровня промерзания грунта, т.е. всего придётся копать землю на глубину 2-2,5 м. Грунт необходимо где-то складировать и размещать на время прокладки труб.

Бурение скважин общей глубиной до 200 м потребует специального дорогостоящего оборудования, сделать такой объём работы своими руками невозможно. Самостоятельно приступать к укладке контура целесообразно только при наличии в пользовании технических средств: экскаватора, самосвала, бульдозера или буровой установки.

Экономическое обоснование использования геотермальных тепловых насосов

Выбор того или иного способа отопления дома зависит от многих параметров:

• технической возможности и стоимости подключения к сетям поставки энергоресурсов (газ, электричество);
• стоимости оборудования и монтажных работ;
• сроков эксплуатации установленного оборудования;
• эксплуатационных расходов на энергоресурсы и техническое обслуживание системы в течение срока эксплуатации.

В статье сравним затраты на отопление дома площадью в 200 м 2 на протяжении 10 лет эксплуатации разными способами: магистральным газом, электричеством, газом из индивидуального газгольдера, тепловым насосом, питаемым электроэнергией.

Изначальные и эксплуатационные расходы

В смету на изготовление полной системы отопления, организованной с помощью теплового насоса входит цена:

• насоса необходимой мощности;
• труб внешнего контура;
• дополнительного оборудования – циркуляционного насоса, расширительного и накопительного баков;
• труб для обустройства «тёплого пола» или воздуховодов для распределения тепла по помещениям;
• запорной и регулирующей аппаратуры;
• монтажных и пусконаладочных работ.

Мощность насоса должна на 10–15% превышать тепловые потери дома через стены, пол потолок, двери и окна. В среднем считают, что для Средней Полосы дом 200 м 2 потребует установки насоса мощностью 13 кВт для отопления и ещё около 700 Вт уйдёт на подготовку горячей воды для санитарных нужд. Таким образом, необходимо приобрести тепловой насос мощностью 14 кВт.

Цена такого оборудования у разных производителей колеблется от 210 000 рублей в базовой до 500 000 рублей в премиум комплектации.

Длина труб коллектора будет зависеть от структуры почвы:

Таким образом, длина контура составит от 400 до 1 200 м.

Вертикальные контуры выгоднее по теплоотдаче:

• осадочные породы отдают 20 Вт/м;
• каменистая почва и влажные осадочные породы с грунтовыми водами – 50 Вт/м;
• подземные воды – до 70 Вт/м.

Исходя из показателей, общая глубина скважин составит от 200 до 700 м, что в 2 раза меньше, чем при горизонтальном расположении. В грунте с хорошей теплоотдачей для дома 200 м 2 бурят 3 скважины длиной по 75 метров.

Для обеспечения необходимой мощности циркуляционный насос должен обеспечивать прокачку теплоносителя через контур в объёме 5 м 3 /час.

В первичном контуре теплонасосной станции устанавливают расширительный бак, ёмкость которого должна составлять 10% от объёма теплоносителя. Его можно узнать, рассчитав внутренний объём труб. Например, 1 м трубы с внутренним диаметром 32 мм содержит 0,8 литра жидкости.

В обратной ветке контура устанавливают накопительный бак объёмом 10-20 литров на 1 кВт мощности насоса, т.е. в нашем случае для насоса 14 кВт потребуется ёмкость объёмом 140-280 литров. Необходимость бака обусловлена тем, что насос без накопительного бака будет работать непрерывно – это снижает срок эксплуатации.

Как на самом деле выбрать самые дешевые на рынке радиаторы отопления

Узнать стоимость оснащения дома тепловым насосом без учёта внутренней разводки можно с помощью калькуляторов, представленных на сайтах производителей оборудования и монтажных организаций. Цены колеблются для разных регионов. Готовые системы под ключ (со стоимостью работ и оборудования) специализированные организации готовы изготовить по цене от 670 тысяч в регионах до 1,5 млн. рублей в Московской области.

Точных данных о сроках эксплуатации систем в России пока нет, но зарубежный опыт показывает, что в среднем тепловые насосы «грунт-вода» служат до замены около 50 лет.

Сравнение стоимости отопления для разных энергоносителей

Средние данные по стоимости оборудования дома и расходам на отопление дома площадью 200 м 2 системами с разными энергоносителями приведены в таблице ниже.

Тепловой насос «грунт-вода»	Магистральный газ	Электричество	Газгольдер
Стоимость оборудования и монтажа, тыс. руб.	570-1 500	200-300 (с подключением)	20-60	180-250
Срок эксплуатации	До 50	До 50 с заменой котла через 10 лет	7-10	30
Амортизационные расходы, тыс. руб. в год	15-30	5-8	4-6	8-10
Эксплуатационные расходы за год, тыс. руб.	20-40*	30-40	100-200*	50
Общие расходы в отопительный период с учётом амортизации, тыс. руб.	40-70	45-55	110–210*	60-70

* — взят тариф на электроэнергию в среднем 2,52 кВт/ч в сельской местности и 4,8 в городских условиях.

В таблице приведены максимальный расход денежных средств на отопление. В реальной практике затраты несколько ниже, так как в течение отопительного периода случаются продолжительные оттепели, когда оборудование работает в режиме 40-50% мощности.

Геотермальные тепловые насосы набирают всё большую популярность в нашей стране. Принимая решение оборудовать дом именно этой системой, нельзя слепо верить обещанием продавцов. У этого типа оборудования есть недостатки, а расчёт и монтаж следует поручить известным компаниям, изучив максимальное количество отзывов об их работе.

Источник: gradusplus.com