Принцип действия теплового насоса для отопления

Воздушные тепловые насосы: принцип работы, особенности, расчет затрат

Воздушный тепловой насос – это достаточно инновационный способ отопления жилых и офисных зданий и помещений, который сегодня активно используется в качестве альтернативы газовым, твердотопливным и электрическим котлам. В холодное время года насос вытягивает тепло из наружного воздуха, а летом, когда требуется охлаждение, напротив, выпускает его наружу.

Есть два основных типа воздушных тепловых насосов.

Первый, наиболее распространенный, — это агрегат типа «воздух-воздух», вытягивающий тепло из воздуха и направляющий его в дом или из дома, в зависимости от времени года и температурных условий.

Другой вариант – это тепловой насос типа «воздух-вода», используемый в домах с водяным отоплением. Во время отопительного сезона тепловой насос обогревает воду в домашних батареях и трубопроводах. Когда требуется охлаждение, то происходит обратный процесс: насос вытягивает тепло из воды, циркулирующей в системе домашнего водораспределения, и выбрасывает его наружу, тем самым охлаждая помещение. Такие системы – это, в общем-то, редкость, большинство из них не поддерживают функцию охлаждения, поэтому в нашем обзоре мы в дальнейшем будем говорить о тепловых насосах типа «воздух-воздух».

Принцип работы теплового насоса. Воздушный тепловой насос!

Таблица 1. Распределение воздушных насосов по ценовым сегментам

На рынке представлено достаточное количество типов воздушных тепловых насосов на любой вкус и кошелек. В таблице распределения марок по ценовым сегментам весьма условно приведены несколько основных типов оборудования. Как видно из Таблицы 1, цена тепловых насосов определяется не только мощностью как основной технической характеристикой, но и престижностью и авторитетностью марки производителя.

Не так давно на рынке появились миниатюрные тепловые насосы, не имеющие выводного протока. Внутренние блоки, размещаемые на стене, могут устанавливаться в разных помещениях дома. Один наружный блок может обслуживать до 8-ми блоков внутренних. Воздушные тепловые насосы могут встраиваться в действующую систему отопления в качестве вспомогательного элемента, работать от электричества, либо быть бивалентными.

Встраиваемые насосы созданы для совместной работы с другими источниками тепла, например, с дизельными, газовыми или электрическими котлами. Бивалетный тип отличается от остальных тем, что в нем используется газовая или пропановая горелка для увеличения температуры в наружном теплообменнике на входе в дом, что позволяет этой системе работать в холодном климате.

Принцип работы воздушного теплового насоса

Воздушный тепловой насос может работать в трех режимах: отопление, охлаждение и разморозка.
Режим отопления. В режиме отопления тепло втягивается из наружного воздуха и транспортируется внутрь помещения.

Рис. 1 Автономная работа теплового насоса в режиме отопления

Тепловой насос: устройство и принцип работы

Рис. 1 Автономная работа теплового насоса в режиме отопления

В режиме отопления жидкий хладагент сначала проходит через расширительное устройство и при низком давлении превращается в смесь из жидкости и газа. Затем эта смесь попадает в наружный теплообменник, в котором происходит процесс испарения хладагента.

Перед тем как эта смесь поступает в компрессор, она проходит через обратный клапан, при этом излишки жидкости собираются в специальный аккумуляторный бачок. В компрессоре эта низкотемпературная смесь сжимается, уменьшается в объеме, что заставляет ее нагреваться. В конце цикла обратный клапан направляет нагретый газ к внутреннему теплообменнику, где происходит процесс конденсации. Тепло нагретого газа переносится внутрь помещения, что заставляет хладагент при охлаждении обратно конденсироваться в жидкость. Эта жидкость возвращается в расширительное устройство, и цикл снова повторяется.

Способность теплового насоса транспортировать нагретый воздух внутрь помещения напрямую зависит от уличной температуры: чем она ниже, тем меньшее количество тепла насос сможет выработать. При определенной уличной температуре – назовем ее точкой температурного баланса – количество тепла, поступающего от насоса, сравняется с объемом тепловых потерь дома. Ниже точки температурного баланса тепловой насос сможет только частично обеспечить потребности отопления, и, для того чтобы в доме было комфортно, потребуются дополнительные источники тепла.

Функционируя в обычном режиме без каких-либо дополнительных мощностей, тепловой насос обычно не способен осуществлять такой же интенсивный нагрев воздуха, как котел и подобные отопительные приборы. Они, как правило, нагревают воздух до температуры 55-60°C, в то время как тепловые насосы прогоняют через себя большие воздушные массы, нагревая их до отметок от 25°C до 45C , и на это им требуется более длительное время.

Режим охлаждения. Описанный отопительный цикл может работать и в обратном направлении для охлаждения дома в летние месяцы. Насос вытягивает лишнее тепло из воздуха в помещении и «выталкивает» его наружу. Также как и при работе в режиме отопления жидкий хладагент проходит расширительное устройство, где он трансформируется в промежуточное жидко-газообразное состояние.

Далее эта смесь попадает в теплообменные трубопроводы, в которых происходит процесс испарения. После прохождения обратного клапана и удаления лишних остатков в аккумуляторный бачок, газообразная смесь попадает в компрессор. В компрессоре эта взвесь хладагента снова сжимается, уменьшается в объеме и при этом нагревается.

В итоге получившийся нагретый газ проходит через обратный клапан и трубопроводы теплообменника наружу, при этом конденсируясь. Тепло из нагретого газа выделяется в наружный воздух, при этом хладагент возвращается в жидкое состояние. Цикл повторяется, когда эта жидкость снова направляется в расширительное устройство. В режиме охлаждения тепловой насос попутно высушивает воздух в помещении, влага из воздуха конденсируется в теплообменнике на выходе из дома и стекает в специальный поддон, из которого по конденсаторной трубке вода попадает в ливневую канализацию.

Рис. 2 Автономная работа теплового насоса в режиме охлаждения

Рис. 2 Автономная работа теплового насоса в режиме охлаждения

По своей сути тепловой насос типа «воздух-воздух» представляет собой обычный, правда достаточно мощный кондиционер. То есть это оборудование, в отличие, скажем от котлов или конвекторов, не вырабатывает тепло из электричества, а только транспортирует его из воздуха, в котором оно и так содержится. Соответственно, на транспортировку тепла тратится на порядок меньше энергии, чем на нагрев, что при правильном использовании воздушного теплового насоса дает колоссальную экономию в денежном выражении.

Режим разморозки. При наружной температуре воздуха около или ниже нуля тепловой насос, работающий в режиме отопления, подвержен обледенению. Это происходит, когда влага из воздуха конденсируется в наружном теплообменнике, и он может покрываться ледяной коркой. Толщина этой ледяной корки зависит от наружной температуры и влажности воздуха.

Обледенение снижает эффективность работы насоса, так как при этом уменьшается способность теплообменника передавать тепло хладагенту. Таким образом, обледенение является нежелательным, и от него нужно избавляться. На этот случай в тепловом насосе имеется режим разморозки, работающий следующим образом. Сначала обратный клапан переключает устройство в режим охлаждения.

Это заставляет горячий газ поступать во внешний теплообменник, лед в котором начинает таять. В это же время наружный вентилятор, который обычно гонит по теплообменнику холодный воздух, отключается для того, чтобы снизить количество необходимого для разморозки тепла. В это же время тепловой насос осуществляет продувку трубопроводов прохладным воздухом, тогда как в обычном режиме система, напротив, прогревает этот воздух, поступающий в помещение.

Режим разморозки имеет достаточно много общего с режимом кондиционирования: теплый воздух забирается из помещения и переносится на обледеневший наружный теплообменник. Несмотря на то, что фактически этот режим кондиционирования включается в холодное время года, никакого дискомфорта из-за этого в доме обычно не ощущается – ведь работает режим разморозки, как правило, не более 5 минут в час, и помещение просто не успевает охладиться и какое-то время сохраняет тепло, ранее выработанное воздушным насосом.

Для запуска режима разморозки теплового насоса могут применяться два метода. Чтобы определить текущий уровень обледенения блок контроля анализирует воздушный поток, давления хладагента, дифференциал температуры и давления во внешнем теплообменнике.

При использовании первого метода режим разморозки включается по таймеру и работает по принципу периодичности, начинаясь и заканчиваясь в установленное таймером время. Второй метод использует другой принцип, когда включение режима разморозки согласуется с температурным датчиком, размещенным снаружи теплообменника. Первый режим по таймеру может запускаться каждые 30, 60 или 90 минут, в зависимости от климатических условий и типа устройства. Лишнее время работы режима разморозки снижает показатели производительности тепловых насосов. В результате, метод включения режима разморозки по необходимости, определяемой температурным датчиком, в, общем-то, считается более эффективным, поскольку тогда насос меньше работает вхолостую.

Компоненты системы воздушного теплового насоса

Основные составные части системы воздушного теплового насоса представлены на рис. 1 (режим отопления) и рис. 2 (режим охлаждения). Помимо основных компонентов устройства: внутреннего и внешнего теплообменника, компрессора, расширительного устройства, обратного клапана и трубопроводов – на схеме (рис.

3) мы также видим вентиляторы, которые продувают воздух по трубам, а также дополнительный источник тепла. Компрессор может располагаться и внутри и снаружи внешнего блока.

Рис. 3 Тепловой насос как дополнительный элемент системы отопления

Рис. 3 Тепловой насос как дополнительный элемент системы отопления

Когда тепловому насосу не достает тепловой мощности, то в качестве дополнительных источников тепла могут использоваться отопительные приборы, располагающиеся в пространстве для циркуляции воздуха, например, в приточной камере подачи воздуха, рядом с внутренним теплообменником. Если тепловой насос встраивается в систему как дополнительный прибор, как это показано на рис. 3, основное количество тепла будет поступать от котла, который может быть электрическим, дизельным или газовым. Система отопления, при которой имеет место быть совместная работа котла и теплового насоса, несравнимо сложнее обычной, одинарной, когда работает только один из этих приборов. В практике часто применяются упрощенные, не имеющие воздуховодов системы тепловых насосов, работающие совместно с радиаторами, электрическими либо водяными.

Попробуем составить примерную смету затрат на приобретение, ввод в эксплуатацию, обслуживание и использование воздушного теплового насоса. Для сравнения возьмем аналогичные затраты для среднего электрического котла, работающего на отопление дома, и кондиционера – для охлаждения.

Таблица 4. Сравнительная смета затрат на приобретение, монтаж и эксплуатацию климатического оборудования в частном доме

Затраты Электрический котел Кондиционер Тепловой насос «воздух-воздух»
Приобретение основного оборудования 40-50 т.р. 15-20 т.р. 120-130 т.р.
Приобретение материалов трубы, фитинги, радиаторы – 30 т.р. трубы, фитинги – 5-10 т.р. Воздуховоды, соединительные элементы, теплоизоляция – 35-40 т.р.
Монтаж 10 т.р. 5 т.р. 15-20 т.р.
ИТОГО первоначальные расходы 90 т.р. 35 т.р. 190 т.р.
ИТОГО первоначальные расходы 125 т.р. 190 т.р.
Разница 65 т.р.
Усредненный расход электроэнергия в год, 12000, кВт/час 3000, кВт/час 6000, кВт/час
Усредненный тариф 5, кВт/час, руб. 5, кВт/час, руб. 5, кВт/час, руб.
Годовое потребление электроэнергии 60 т.р. 15 т.р. 30 т.р.
ИТОГО эксплуатационные расходы за 1 год 75 т.р. 30 т.р.
Экономия за 1 год 45 т.р.
Экономия за 2 года 90 т.р.

Таким образом, ориентировочный временной промежуток, который потребуется, чтобы экономия от использования теплового насоса превысила разницу в издержках на приобретение и монтаж климатического оборудования, потребуется около двух лет круглогодичной эксплуатации. Причем, в данном случае речь идет не об окупаемости полной стоимости приобретения и монтажа теплового насоса, для которой потребуется значительно большее время. В данной смете производится сравнение двух вариантов оснащения частного дома климатическим оборудованием: с одной стороны, кондиционера и электрического котла, с другой стороны – теплового насоса, выполняющего функции их обоих.

Мы приходим к следующему выводу: устанавливать тепловой насос можно и нужно для отопления и охлаждения частного дома, если климатические условия более-менее подходящие и когда система «строится», что называется, с нуля. То есть когда во вновь построенной «коробке» решается вопрос о прокладке коммуникаций и устройстве систем, вентиляции, отопления и кондиционирования, то с учетом всех «за» и «против» во многих случаях целесообразнее будет установка воздушного теплового насоса как альтернативы котлам, сплит-системам, вентиляторам.

С другой стороны, в существующем частном доме с уже проложенными коммуникациями, функционирующим оборудованием и особенно в случаях с подключенным газоснабжением, закупка и монтаж таких тепловых насосов вряд ли когда-нибудь окупится. Это инновационное оборудование все же по эффективности и показателям КПД во многом проигрывает тем же газовым котлам, являющимся на сегодняшний момент практически единственным вариантом для местностей с суровыми зимами. Коэффициент тепловой мощности и экономичность газового котла почти всегда будет выше аналогичных показателей воздушных тепловых насосов.

Разумеется, есть более сложные и дорогостоящие модели этого оборудования, вытягивающие тепло не из воздуха, а из земли или воды, и их рабочие параметры демонстрируют поразительную эффективность и экономичность. Однако тепловые насоса типа «вода-вода», «земля-вода», «вода-воздух» и им подобные, отличаясь исключительными преимущества, при этом имеют столько сложностей и условий монтажа, в числе которых рытье скважин, устройство специальных грунтовых контуров, что многих это останавливает. Да и стоимость этих мощнейших агрегатов в разы превышает цену даже самых престижных марок воздушных тепловых насосов.

Как бы мы не пытались посчитать потенциальные доходы и расходы от использования тепловых насосов, сколько бы ни искали преимуществ приобретения того или иного вида климатического оборудования, решение в итоге принимается только собственником. Причем желательно, чтобы решение это было взвешенным, основанным на конкретных расчетах по энергопотреблению, ценам подходящего по мощности оборудования, потребностям дома в тепле и т.п. В основу расчетов может быть взята наша примерная смета расчетов затрат и энергопотребления, однако заполнить ее конкретными цифрами, соответствующими Вашим фактическим параметрам, — это хоть и сложное, но очень нужное дело, справится с которым сможете только Вы сами.

Источник: remstd.ru

Принцип действия тепловых насосов

Тепловой насос

Автор Михаил Стахов На чтение 6 мин. Просмотров 78.3k. Опубликовано 10.02.2014

Имея в своем доме холодильники и кондиционеры, мало кто знает — принцип работы теплового насоса реализован именно в них.

Около 80% мощности, которую дает тепловой насос, приходится на тепло окружающей среды в виде рассеянного солнечного излучения. Именно его насос просто «перекачивает» с улицы в дом. Работа теплового насоса подобна принципу работы холодильника, вот только направление переноса тепла иное.

Проще говоря…

Чтобы охладить бутылку минеральной воды, Вы ее ставите в холодильник. Холодильник должен «забрать» у бутылки часть тепловой энергии и, согласно закону сохранения энергии, ее куда-то переместить, отдать. Холодильник переносит теплоту на радиатор, обычно расположенный на задней его стенке. При этом радиатор нагревается, отдавая свое тепло в помещение.

Фактически он отапливает помещение. Это особенно заметно в маленьких минимаркетах летом, при нескольких включенных холодильниках в помещении.

Предлагаем пофантазировать. Предположим, что мы будем постоянно подкладывать теплые предметы в холодильник, а он будет, охлаждая их, нагревать воздух в помещении. Пойдем на «крайности»… Расположим холодильник в оконном проеме открытой дверкой «морозилки» наружу. Радиатор холодильника будет находиться в помещении.

В процессе работы холодильник будет охлаждать воздух на улице, перенося в помещение «забранную» теплоту. Так и работает тепловой насос, забирая рассредоточенное тепло у окружающей среды и перенося его в помещение.

Тепловой насос. Внешний воздушно-водяной контур

Где насос берет тепло?

Принцип работы теплового насоса базируется на «эксплуатации» естественных низкопотенциальных источников тепла из окружающей среды.

Распределение солнечной энергии

Геотермальный тепловой насос. Принцип работы

  • просто наружный воздух;
  • тепло водоемов (озер, морей, рек);
  • тепло грунта, грунтовых вод (термальных и артезианских).

Как устроен тепловой насос и система отопления с ним?

Тепловой насос интегрирован в систему отопления, которая состоит из 2-х контуров + третий контур — система самого насоса. По внешнему контуру циркулирует незамерзающий теплоноситель, который забирает на себя тепло из окружающего пространства.

Попадая в тепловой насос, точнее его испаритель, теплоноситель отдает в среднем от 4 до 7 °C хладагенту теплового насоса. А его температура кипения составляет -10 °C. Вследствие этого хладагент закипает с последующим переходом в газообразное состояние. Теплоноситель внешнего контура, уже охлажденный уходит на следующий «виток» по системе для набора температуры.

В составе функционального контура теплового насоса «числятся»:

  • испаритель;
  • компрессор (электрический);
  • капилляр;
  • конденсатор;
  • хладагент;
  • терморегулирующее управляющее устройство.

Процесс выглядит приблизительно так!

«Закипевший» в испарителе хладагент по трубопроводу поступает в компрессор, работающих от электроэнергии. Этот «трудяга» сжимает газообразный хладагент до высокого давления, что, соответственно, приводит к повышению его температуры.

Теперь уже горячий газ далее попадает во другой теплообменник, который называется конденсатором. Здесь тепло хладагента передается воздуху помещения или теплоносителю, который циркулирует по внутреннему контуру системы отопления.

Хладагент остывает, одновременно переходя в состояние жидкости. Затем он проходит через капиллярный редукционный клапан, где «теряет» давление и вновь попадает в испаритель.

Цикл замкнулся и готов к повтору!

Приблизительный расчет теплопроизводительности установки

В течении часа по внешнему коллектору через насос протекает до 2,5-3 м 3 теплоносителя, который земля способна нагреть на ∆t = 5-7 °C.

Для расчета тепловой мощности такого контура воспользуйтесь формулой:

[pmath size=14]Q = (T_1 — T_2)*V_тепл[/pmath]

[pmath size=14]V_тепл[/pmath] — объемный расход теплоносителя в час [pmath size=12](м^3/час)[/pmath];

[pmath size=14]T_1 — T_2[/pmath] — разница температур на входе и входе (°C) .

Разновидности тепловых насосов

По типу используемого вида рассеянного тепла различают тепловые насосы:

Схема и принцип действия теплового насоса

  • грунт-вода (используют закрытые грунтовые контуры или глубокие геотермальные зонды и водяную систему отопления помещения);
  • вода-вода (используют открытые скважины для забора и сброса грунтовых вод — внешний контур не закольцованный, внутренняя система отопления — водяная);
  • вода-воздух (использование внешних водяных контуров и системы отопления воздушного типа);
  • тепловой насос воздух-воздух (использование рассеянного тепла внешних воздушных масс в комплекте с воздушной системой отопления дома).

Преимущества и достоинства тепловых насосов

Экономичная эффективность. Принцип работы теплового насоса базируется не на производстве, а на переносе (транспортировке) тепловой энергии, то можно утверждать, что его КПД больше единицы. Что за чушь? — скажете Вы.В теме тепловых насосов фигурирует величина — коэффициент преобразования (трансформации) тепла (КПТ).

Именно по этому параметру сравнивают между собой агрегаты подобного типа. Его физический смысл – показать отношение полученного количества теплоты к величине, затраченной для этого, энергии. К примеру, при КПТ = 4,8 затраченная насосом электроэнергия в 1кВт позволит получить с его помощью 4,8 кВт тепла безвозмездно, то есть даром от природы.

Универсальная повсеместность применения. Даже при отсутствии доступных линий электропередач работа компрессора теплового насоса может быть обеспечена дизельным приводом. А «природное» тепло есть в любом уголке планеты — тепловой насос «голодным» не останется.

Типичный компрессор холодильника- теплового насоса

Экологическая чистота использования. В тепловом насосе отсутствуют продукты горения, а его малое энергопотребление меньше «эксплуатирует» электростанции, косвенно снижая вредные выбросы от них. Хладагент, используемый в тепловых насосах, озонобезопасен и не содержит хлоруглеродов.

Внешний модуль теплового насоса «воздух-воздух»

Двунаправленный режим работы. Тепловой насос может в зимнее время обогревать помещение, а в летнее — охлаждать. Отобранную из помещения «теплоту» можно использовать эффективно, например, подогревать воду в бассейне или в системе ГВС.

Варианты режима работы теплового насоса

Безопасность эксплуатации. В принципе работы теплового насоса Вы не рассмотрите опасных процессов. Отсутствие открытого огня и вредных опасных для человека выделений, низкая температура теплоносителей делают тепловой насос «безобидным», но полезным бытовым прибором.

Полная автоматизация процесса отопления помещения.

Внешний воздушный контур теплового насоса

Некоторые нюансы эксплуатации

Эффективное использование принципа работы теплового насоса требует соблюдения нескольких условий:

  • помещение, которое обогревается должно быть хорошо утеплено (теплопотери до 100 Вт/м 2 ) — иначе, забирая тепло с улицы, будете греть улицу за свои же деньги;
  • тепловые насосы выгодно применять для низкотемпературных систем отопления. Под такие критерии отлично подходят системы теплый пол (35-40 °C). Коэффициент преобразования тепла существенно зависит от соотношения температур входного и выходного контуров.

Суть принципа работы теплового насоса не в производстве, а в переносе тепла. Это позволяет получить высокий коэффициент (от 3 до 5) преобразования тепловой энергии. Проще говоря, каждый использованный 1 кВт электроэнергии «перенесет» в дом 3-5 кВт тепла. Еще что-то нужно говорить?

Источник: plusteplo.ru

Принципы работы теплового насоса

Стоимость эксплуатации традиционных источников тепла – нагревателей, котлов, работающих на различных видах топлива и пр. — с каждым годом возрастает, привычный комфорт – горячая вода и отопление — становится все дороже. Владельцы квартир и особенно частных домов озабочены тем, как уменьшить расходы, но пока это им мало удается. А ведь альтернатива есть, и называется она – тепловой насос.

Принципы работы теплового насоса

Статьи по теме:

  • Принципы работы теплового насоса
  • Что такое фанкойл: принцип работы и правила установки вентиляторного доводчика
  • Как рассчитать тепловой насос

Что такое тепловой насос

Тепловой насос представляет собой парокомпрессионную установку, которая переносит тепло от холодных, низкопотенциальных источников тепла к горячим, высокопотенциальным. Тепло передается за счет конденсации и испарения хладагента, в качестве которого чаще всего используется фреон, циркулирующий по замкнутому контуру. Электроэнергия, от которой работает тепловой насос, тратится только на эту принудительную циркуляцию.

Принцип работы теплового насоса основан на так называемом цикле Карно, который прекрасно знаком вам по работе холодильных установок. На самом деле, бытовой холодильник, стоящий на вашей кухне, также является тепловым насосом. Когда вы помещаете в него продукты, пусть даже холодные, но температура которых все-таки выше, чем температура в камере холодильника, по закону сохранения энергии выделяемое ими тепло никуда не девается. Поскольку температура внутри повышаться не должна, тепло выводится наружу через решетку радиатора, нагревая воздух в кухне. Чем больше продуктов вы поместите одновременно в холодильник, тем больше будет теплоотдача.

Простейшим вариантом теплового насоса станет открытый холодильник, помещенный на улице, радиатор которого находится в комнате. Но пусть холодильник исполняет свои прямые обязанности, ведь уже существуют специальные устройства — тепловые насосы, имеющие кпд гораздо выше. Принцип их действия достаточно прост.

Как работает тепловой насос

Любой теплонасос состоит из испарителя, конденсатора, расширителя, понижающего давление, и компрессора, который давление повышает. Все эти устройства соединены в один замкнутый контур трубопроводом. По трубам циркулирует хладагент, инертный газ с очень низкой температурой кипения, поэтому в одной части контура, холодной, он представляет собой жидкость, а во второй, теплой, он переходит в газообразное состояние. Точка кипения, как известно из физики, может меняться в зависимости от давления, вот зачем нужны в этой системе расширитель и компрессор.

Предположим, что снаружи теплоноситель циркулирует по трубам, уложенным в земле, поскольку он имеет низкую температуру, то проходя по ним, он нагревается, даже когда внешняя температура составляет всего около 4-5оС. Поступая в испаритель, который выполняет функцию теплообменника, теплоноситель отдает полученное тепло во внутренний контур системы, который заполнен хладагентом. Даже этого тепла достаточно, чтобы хладагент перешел из жидкого в газообразное состояние.

Двигаясь дальше, газ перемещается в компрессор, где под действием высокого давления сжимается, а его температура при этом повышается. Став горячим, газ поступает в конденсатор, который также является теплообменником. В нем происходит передача тепла от горячего газа к теплоносителю обратного трубопровода, входящего в отопительную систему дома. Отдав тепло, газ охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, в то время, как нагретый теплоноситель поступает в систему горячего водоснабжения и отопления. Проходя через редукционный клапан расширителя, сжиженный газ снова попадает в испаритель – цикл замыкается.

В холодное время года тепловые насосы работают на обогрев дома, а в жару – на его охлаждение. В этом случае принцип работы тот же, только летом тепло в теплоноситель поступает из внутренних помещений, а не снаружи.

Конструктивные особенности тепловых насосов

В настоящее время используются тепловые насосы, имеющие разные конструкции. Так, насос с открытым циклом применяют, когда дом расположен рядом с водоемом. В этом случае теплоноситель, вода, поступает в открытый контур, проходит весь цикл и, охлаждаясь, вновь сливается в водоем.

Геотермальные насосы закрытого типа прокачивают теплоноситель – воздух или воду, по трубам, заложенным глубоко в землю и проложенным по дну водоема. Закрытый цикл в экологическом плане считается более безопасным. К закрытому типу относятся насосы с вертикальным и горизонтальным теплообменником, которые используются, когда поблизости нет водоемов. Вертикальные тепловые насосы применяются, когда площадь земельного участка, на котором расположен дом, невелика. Иногда вертикальные насосы устанавливают в пробуренных поблизости скважинах.

В комплекс работ по установке теплового насоса входит проведение внутренних электромонтажных работ, прокладка внешнего трубопровода и внутренних воздуховодов.

Преимущества использования тепловых насосов

Экономическая выгода от использования тепловых насосов очевидна – их эксплуатация достаточно дешево обходится, поскольку электроэнергии тратится чуть больше, чем при работе холодильника. Цена оборудования также невысока, так же, как и стоимость монтажа и установки. Использование теплового насоса, позволяет избавиться от забот о приобретении и хранении топливных ресурсов, установке и эксплуатации отопительного оборудования, у вас в доме освобождаются дополнительные помещения, в которых раньше располагалась котельная.

Совет полезен?
Статьи по теме:

  • Как сделать тепловой насос
  • Как работает насос
  • Тепловые трубы: принцип действия

Добавить комментарий к статье
Похожие советы

  • Геотермальное отопление дома
  • Как работают тепловые двигатели
  • Циркуляционный насос — основные характеристики.
  • Что такое солнечная энергия как отопление
  • Однотрубная система отопления Ленинградка: схемы и принцип организации
  • Распределительная гребенка системы отопления: назначение, принцип действия, правила подключения
  • Как подобрать насос в систему отопления
  • Как повышать КПД теплового двигателя
  • Теплообменник труба в трубе: 4 варианта конструкции
  • Принцип действия парового котла
  • Холодильные машины: принцип работы, устройство и применение
  • Что такое энергосберегающие технологии
  • Как рассчитать мощность насоса
  • Как получить тепло
  • Как происходит теплопередача
  • Принцип работы сплит-системы
  • Как сделать водяной насос для отопления
  • Отопительный агрегат: виды, технические характеристики
  • Как провести воздушное отопление
  • Паровой двигатель Сади Карно
  • Как обогреть магазин
  • Чем отличается барабанный паровой котел от прямоточного
  • Расчет системы отопления частного дома: правила и примеры расчёта
  • Как нагреть воздух

Источник: www.kakprosto.ru

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы

Рассольно-водяной тепловой насос с функцией охлаждения geoTHERM

Тепловые насосы становятся всё более популярными. С помощью этих устройств можно отапливать (охлаждать) дома и организовывать горячее водоснабжение, значительно экономя.

Людям, далёким от физики, достаточно сложно понять принцип действия тепловых насосов, в связи с чем в интернетах муссируется множество заблуждений, которыми пользуются недобросовестные производители и продавцы. В данной статье мы попытаемся в доступной форме объяснить принцип действия и развеять некоторые мифы, которыми успел обрасти этот замечательный агрегат.

Плюсы

Плюсы теплового насоса

  • Тепловые насосы экологичны
  • Безопасны в эксплуатации
  • С каждым годом всё более доступны по цене.

Основная причина использования тепловых насосов для отопления и/или горячего водоснабжения заключается в том, что они позволяют значительно экономить расход электроэнергии, в некоторых случаях экономия достигает более 500% по сравнению с обычным электрокотлом или бойлером, что очень актуально для негазифицированных районов и в домах с небольшой разрешённой мощностью электропотребления. Этот вопрос с каждым годом становится всё более актуальным, особенно в свете роста тарифов на энергоносители.

Сам термин «тепловой насос» является более маркетинговым, чем физическим, но зато он чётко обозначает сам принцип работы этой тепловой машины. Даже далёкому человеку становится ясно, что такая машина «качает тепло» и переносит его из одного места в другое.

Принцип работы

Как работает тепловой насос на отопление

Со школьной скамьи нам известно, что в обычных условиях более холодное вещество не может отдавать своё тепло более горячему, а наоборот, оно нагревается от него до тех пор, пока их температуры не сравняются. Это святая правда. Но тепловой насос создаёт такие условия, что более холодная среда начинает отдавать своё тепло более тёплой, охлаждаясь при этом ещё больше.

Простейший заезженный пример теплового насоса — холодильник. В нём тепло выкачивается из более холодной камеры в более тёплое помещение кухни. Морозилка при этом ещё больше охлаждается, а кухня ещё больше нагревается от радиатора, расположенного на задней панели холодильника.

Принцип работы большинства тепловых насосов основан на свойствах промежуточных теплоносителей (газов, чаще всего фреонов), которые используются в этих машинах. Именно фреоны и являются тем посредником, который позволяет забирать тепло у более холодного тела, отдавая его более горячему.

Наверняка вы замечали, что если быстро выпускать сжатый газ из балончика для заправки зажигалок, то он, испаряясь, охлаждает балончик, который даже в жаркую погоду может покрыться инеем. Справедливо и обратное: при сжатии газ нагревается. Памятуя об этом, вам будет совсем не сложно понять принцип действия теплового насоса, простейшая схема которого изображена на рисунке.

Компоненты теплового насоса

Установленная система автономного отопления

Простейший тепловой насос состоит из четырёх важнейших узлов:

  • испаритель;
  • конденсатор;
  • компрессор;
  • капилляр.

Компрессор сжимает фреон до жидкого состояния в конденсаторе, который при этом нагревается. Именно это тепло можно использовать в отоплении или в горячем водоснабжении, организовав простейший теплообмен между горячим конденсатором и более холодным помещением или бойлером.

Проходя через конденсатор, сжиженный фреон охлаждается, отдав тепло при теплообмене в радиаторы отопления или трубам теплого пола, и начинает конденсироваться. Проходя через капилляр в испаритель, фреон снова становится газообразным, охлаждая при этом испаритель (помните иней на балончике?).

Чтобы процесс не прекращался, нужно постоянно подводить тепло к испарителю, иначе фреон там просто перестанет испаряться, ведь температура испарителя при постоянной работе компрессора может сильно опуститься. Даже температуры минус тридцать, подводимой к испарителю, может быть достаточно для поддержания испарения, ведь температура испарения газов, используемых в тепловых насосах, гораздо ниже этого значения.

Допустим, температура испарения фреона равна минус шестьдесят градусов по Цельсию, а мы обдуваем испаритель морозным уличным воздухом, с температурой в минус тридцать — фреон, естественно, будет испаряться, забирая тепло даже у такого холодного воздуха. Таким образом и получается, что тепловой насос как бы перекачивает температуру из более холодной среды в более тёплую.

На что смотреть при покупке?

Тепловой насос (220-240 В. с УЗО), Intex 28614

Такой эффект порождает множество мифов, которыми пользуются недобросовестные «продаваны», чтобы лучше продавать свою продукцию.

Самый распространённый миф — это утверждение, что КПД тепловых насосов превышает единицу. Понятно, что это утверждение — чистый бред. На самом деле КПД тепловых машин не может быть больше единицы, и даже у современных тепловых насосов он достаточно мал — меньше, чем у самого дешёвого масляного обогревателя. Люди просто часто путают КПД и так называемый COP (КОП).

КОП — это скорее экономический коэффициент, чем физический. Он показывает соотношение платной электроэнергии для перекачки бесплатного тепла с улицы к величине тепла, поступающего в помещение. Т.е. КОП 5 — это упрощенно означает, что для перекачки 5кВт халявного тепла с улицы в дом мы затратили 1кВт платной электроэнергии. Просто КОП не учитывает бесплатную тепловую энергию с улицы, а считает только ту, которую получили в результате и что для этого потратили.

Тепловой насос Panasonic CS-VE09NKE

Другой миф тоже связан с КОП: в паспортах тепловых насосов и на ценниках у продавцов гордо указывается одна-единственная величина КОП, которая просто вводит покупателей в заблуждение. Дело в том, что КОП тепловых насосов — величина переменная, а не постоянная. И многие недобросовестные дельцы об этом умалчивают, потому что указывают КОП для самых благоприятных условий, когда он чуть ли не максимальный. И это уже гораздо опаснее, чем заблуждения про сверхединичность КПД, т.к. чревато реальными последствиями.

Представьте, что вы уверовали, что будете тратить 1кВт электроэнергии на производство 5кВт тепла для того же отопления зимой, потому что в паспорте теплового насоса указано, что COP=5. Купили необходимой мощности тепловой насос, собрали систему отопления… А в самый неподходящий момент, когда морозы самые лютые, ваш отопитель жрёт не 1 к 5, а 1 к 2 в самом лучшем случае, или вообще не в состоянии выдать необходимое тепло для обогрева. И тут приходит понимание, что отапливаться конкретно этой системой можно лишь в межсезонье… Очень неприятная ситуация — отдать кучу денег и всё равно в морозы отапливаться дешёвыми масляными радиаторами, и только из-за того, что понадеялись на КОП и стабильную, неснижаемую выработку тепла.

Эффективность теплового насоса

А выработка тепла и КОП у тепловых насосов непостоянна. И связано это именно с непостоянным количеством тепла, подводимого к испарителю. К примеру, если вы берёте тепло для испарителя из воздуха, то с падением температуры на улице падает и КОП.

При -30С на улице КОП воздушных тепловых насосов практически равен единице, т.е. даже простой ТЭН станет более экономичным в качестве отопителя, не говоря уж про амортизацию и повышенный износ дорогостоящего оборудования в таких условиях. И падение КОП — это ещё полбеды. Часто некоторые модели воздушных тепловых насосов просто не в состоянии выдавать необходимую для отопления мощность при значительном снижении температуры на улице.

Тепловые насосы, использующие для нагрева испарителя тепло земли или воды, тоже подвержены падению производительности и КОП, т.к. по ходу отопительного сезона они могут вымораживать ту среду, из которой качают тепло, но такие машины более стабильны.

Источник: kvartirnyj-remont.com

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...