Тепловой насос для отопления: виды, советы по выбору, принцип работы, цены и нюансы применения (90 фото)

Людям, переезжающим жить за город, приходится решать вопрос с обогревом своего дома. Газопровод есть не везде, а устанавливать электрическое отопление очень дорого. Кроме того, в дачных посёлках часто бывают проблемы и перебои с электричеством. Установка теплонасоса может стать выходом из этой ситуации. Промышленность производит оборудование разного типа, вдобавок, можно изготовить тепловой насос своими руками.

Принцип работы теплового насоса для отопления дома

Тепловым насосом называют не отдельно взятый прибор, а установку, состоящую из следующих компонентов:

• Циркуляционного насоса;
• Испарителя;
• Компрессора;
• Конденсатора;
• Других коммуникаций в зависимости от типа установки.

Все элементы соединены в цепь при помощи трубопровода. Задачами системы являются сбор энергии, выделение тепла и перенос его к месту потребления. Примерами работы простейшего теплового насоса являются холодильник, кондиционер или сплит-система. Испаритель и конденсатор выполняют роль теплообменников.

</p>

Теплонасосные установки можно классифицировать по источнику и носителю тепла.

Виды устройств различают по двум признакам. Первый из них – среда, которая является источником энергии, второй – носитель, которому энергия передаётся, и который непосредственно обеспечивает обогрев жилища. Выделяют следующие типы систем:

• Воздух – воздух;
• Воздух – вода;
• Вода – вода;
• Земля – вода;
• Земля – воздух.

Насос приводится в действие электрическим током, дизельным генератором или работает от солнечной батареи. Теплоноситель (вода или воздух) циркулирует по трубкам, проходит через испаритель и отдаёт тепло хладагенту. Происходит переход хладагента из жидкого в газообразное состояние. Компрессор сжимает газ с повышением температуры. В конденсаторе происходит выделение энергии и нагревание теплоносителя. Далее вещество, нагретое до высокой температуры, поступает в систему отопления дома. Выходит теплоноситель уже охлаждённым, цикл повторяется. Таким образом, затраты электроэнергии (либо другого источника энергии) идут только на работу циркуляционного насоса и теплового прибора. Обогрев дома происходит не электричеством, а теплом природного накопителя энергии.

Источники низкопотенциальной энергии

К источникам низкопотенциальной энергии относят грунт, воду и воздух. Эти ресурсы возобновляемы, не расходуются в процессе работы насоса, поэтому неисчерпаемы. Их используют для отопления жилых зданий, обогрева пешеходных дорожек и стадионов, обеспечения горячего водоснабжения.

Использование природных водоёмов

Даже зимой природные источники не замерзают полностью. На определённой глубине сохраняется температура воды выше нуля. Это свойство рек, озёр и морей применяют для обогрева помещений при помощи теплонасосных установок типа вода – вода и вода – воздух. Примерная глубина установки элементов системы:

• В северных регионах – 3 метра;
• В южных регионах – 1 метр.

Для эффективного использования ресурса водоём должен находиться на расстоянии не более пятидесяти метров от объекта, который нужно отапливать. Если расстояние больше, то возникают дополнительные затраты. На установку трубопровода уйдёт больше материала, да и работы по выкапыванию траншей тоже прибавится. И это при условии, что дом от водоёма отделяет только неиспользуемая земля. А вот если озеро находится непосредственно у жилища, то использовать его выгодно. Прокладка трубопровода в воде не является слишком трудоёмкой и затратной.

Это важно! Глубина водоёма должна оставаться стабильной, без перепадов в течение всего периода использования.

</p>

Перед установкой теплового насоса берут пробу воды из водоёма для исследования её в лаборатории. Необходимо определить:

1. Жёсткость воды и содержание отдельных микроэлементов. Опираясь на данные показатели, выбирают модель оборудования. Если тепловой насос подобрать неправильно, то оборудование быстро выйдет из строя из-за коррозии.
2. Степень загрязнения воды. Для успешного функционирования системы устанавливают фильтры. При высокой степени загрязнения стоит подсчитать экономическую выгоду, так как система очистки будет стоить дорого.

Энергия грунтов

Земля обладает способностью накапливать солнечное тепло, а также получать энергию от земного ядра. Фактически грунт является неиссякаемым источником тепла. Тепловой насос типа грунт – вода и грунт – воздух нормально функционирует при температуре земли от +5 до +10° С. Чем ниже температура грунта, тем более мощное оборудование нужно использовать. Конструкция теплообменного контура может быть горизонтальной или вертикальной. Площадь, которую он занимает, также напрямую зависит от температуры земли. Ветви трубопровода укладывают на расстоянии одного (максимум 1,5) метров друг от друга.

</p>

Для использования данного источника тепла нужно выделить большую площадь. Эта территория не пригодна для посадки растений, так как они будут вымерзать. Трудности представляют монтаж системы и поиск специалиста, который справится с работой.

Это важно! Теплоотдача грунта зависит от его вида. Меньше всего тепла можно получить из песка. Наибольшей теплоотдачей обладают гранит и известняк. Обычный грунт считается средним по способности выделять энергию.

При вертикальном расположении системы для обогревания дома в 200 м² потребуется пробурить примерно десять скважин глубиной 30 м (при средних показателях теплоотдачи) и диаметром 15 см. Для горизонтальной установки при тех же исходных данных придётся уложить около 500 метров трубопровода.

Трудности монтажа и материальные затраты компенсируются:

• Сроком эксплуатации теплонасоса, который составляет 50 – 70 лет;
• Экономией денежных средств на оплату газового отопления.

Произвести гидравлический расчёт системы отопления поможет данная статья: https://teplo.guru/sistemy/gidravlicheskii-raschet-sistemy-otopleniya.html

Тепло из скважин

Грунтовую воду из скважины для обогрева жилья используют редко из-за сложности монтажа. Система должна состоять из двух скважин. Из одной отбирается вода для получения тепла. Во вторую сбрасывается пропущенная через систему отопления жидкость. Расстояние между скважинами должно быть не менее 15 метров.

Перед установкой теплонасоса определяют направление течения грунтовых вод. Сливая скважина должна располагаться ниже по течению. Кроме того, необходимо обеспечить фильтрацию воды от механических и химических примесей.

Тепловая энергия воздуха

Тепловой насос, использующий энергию воздуха, наиболее прост по конструкции. Трубопровод не требуется, так как воздух поступает к испарителю прямо из окружающей среды. Тепло передаётся хладагенту и далее теплоносителю в помещение. Теплоносителями могут быть воздух (через вентилятор доводчика) и вода (в радиаторах отопления и тёплом полу).

Теплонасос типа воздух – воздух работает по принципу кондиционера с некоторыми отличиями:

• Система функционирует при отрицательной температуре;
• Тепловой насос может быть единственным источником тепла в доме;
• Экономичность в сравнении со стандартными кондиционерами, которые работают не только на охлаждение, но и на обогрев.

</p>

Энергия солнца является прекрасной альтернативой электричеству. Подробнее о солнечных батареях для дома можно прочитать здесь: https://teplo.guru/eko/solnechnye-batarei-dlya-doma.html

Плюсы и минусы

К преимуществам применения теплонасоса можно отнести:

1. Возможность применения в отдалённых посёлках, где нет газопровода.
2. Экономичное расходование электроэнергии только на работу самого насоса. Затраты значительно ниже, чем при использовании электроприборов для отопления помещения. Тепловой насос потребляет энергии не больше, чем бытовой холодильник.
3. Способность использования в качестве источника энергии дизельного генератора и солнечных батарей. То есть при аварийном отключении электроэнергии обогрев дома не прекратится.
4. Автономность системы, в которую не нужно доливать воду и контролировать работу.
5. Экологичность установки. В процессе работы насоса не образуются газы, и нет выбросов в атмосферу.
6. Безопасность работы. Система не перегревается.
7. Универсальность. Можно установить теплонасос, работающий на нагрев и охлаждение.
8. Долговечность эксплуатации. Компрессор требует замены один раз в 15 – 20 лет.
9. Освобождение помещения, которое предназначалось под котельную. Кроме того, нет необходимости приобретать и хранить твёрдое топливо.

Недостатки тепловых насосов:

1. Установка стоит дорого, хотя и окупается в течение пяти лет;
2. В северных районах понадобится использование дополнительных отопительных приборов;
3. Грунтовая установка хоть и незначительно, но нарушает экосистему участка: использовать территорию для сада или огорода не получится, она будет пустовать.

Отзывы владельцев тепловых насосов можно прочитать здесь: https://teplo.guru/eko/otzyvy-o-teplovyh-nasosah.html

Тепловой насос своими руками

Для самостоятельной сборки теплового насоса выбирают наиболее простые схемы с минимальным использованием дорогих деталей. Прежде чем принять решение изготовить прибор самостоятельно, нужно позаботиться об утеплении дома. Если жилище будет быстро охлаждаться, то тепловой насос не сможет его обогреть.

Из холодильника

Прибор, собранный из старого холодильника, может служить дополнительным источником тепла в помещении или обслуживать тёплый пол, а также обогреет небольшую комнату.

Перед началом работы выбирают схему будущей конструкции и определяются с источником энергии. Обычно его выбирают под землёй или в водоёме, решают по поводу вертикального или горизонтального размещения.

</p>

После выбора схемы делают чертёж. На нём обязательно рассчитывают и обозначают размеры, исходя из индивидуальных данных жилья и подворья.

</p>

Помимо самого бытового прибора, нужно будет приобрести следующие детали:

• Циркуляционный насос;
• Кронштейны L-образной формы длиной 30 см;
• Бак из нержавеющей стали на сто или сто двадцать литров;
• Пластиковую и металлическую ёмкости на 100 литров;
• Металлопластиковые и медные трубы различного диаметра.

Основная часть холодильника, необходимая для сборки насоса – компрессор. Деталь должна быть в рабочем состоянии.

Инструменты, необходимые для сборки:

• Сварочный аппарат;
• Болгарка;
• Набор слесарных инструментов.

После подготовки материалов и инструментов крепят компрессор к стене на кронштейны. Затем приступают к сборке узлов насоса:

1. Изготавливают конденсатор. Разрезают пополам болгаркой подготовленную металлическую ёмкость. В одну из частей устанавливают медный змеевик. Затем половины соединяют при помощи сварочного аппарата. В получившейся ёмкости просверливают резьбовые отверстия для дальнейшего соединения цепи приборов.
2. Делают теплообменник. На бак из нержавеющей стали накручивают медную трубу. Оба её конца закрепляют рейками и присоединяют к ним сантехнические переходы
3. Собирают испаритель. Устанавливают змеевик в пластиковую ёмкость. Пластик подходит, так как эта деталь не перегревается.
4. Полученный испаритель крепят кронштейнами к стене.

После подготовки узлов собирают установку и монтируют терморегулирующий клапан. В систему закачивают хладогент и подключают к источнику энергии.

</p>

Трубы системы располагают ниже уровня промерзания почвы либо в водоёме, также на соответствующей глубине. Есть примеры, когда хозяин устанавливал трубопровод в канализации. В данном случае потребовалась серьёзная система очистки. К трубопроводу подключают циркуляционный насос.

Из кондиционера

Соорудить теплонасос из кондиционера можно тремя способами:

1. Поменять местами внешний и внутренний блоки. Теплоносителями могут служить вода и воздух. Если выбрана вода, то конденсатор устанавливают в ёмкость.
2. Установить в кондиционер клапан, который будет переключаться между четырьмя режимами. Это работа для специалиста со знанием и навыками проведения таких модификаций. В данном случае целесообразно изначально использовать прибор, работающий на холод и на тепло с уже установленным переключателем.
3. Полностью разобрать прибор и смонтировать по стандартной схеме теплового насоса с испарителем, компрессором и конденсатором.

Для самостоятельной переделки сплит-системы в тепловой насос лучше использовать прибор, который уже так устроен, что работает на тепло и на холод. В некоторых случаях не приходится даже выпускать и заправлять хладагент. Собирают установку по схеме.

</p>

Порядок работы по переделке кондиционера:

1. Подбирают металлический бак. По длине он должен быть равен длине наружного теплообменника, по ширине – на десять сантиметров больше. В боковые стенки врезают трубки (штуцеры) для подачи и отвода воды.
2. Снимают верхний кожух прибора и наружный теплообменник.
3. Радиатор отодвигают, избегая заломов трубочек с хладагентом. Если это сделать осторожно, то перезаправка фреоном не потребуется.
4. Снимают наружную крыльчатку с вала.
5. К радиатору добавляют дополнительные пластины. Они могут быть медными и алюминиевыми. Радиатор, помещённый в водную среду без этих пластин, быстро сгорает.
6. Не повреждая трубки с хладагентом, опускают радиатор в ранее подготовленный бак. Герметично закрывают и уплотняют вводы контуров.
7. К трубкам для подачи и вывода воды подключают циркулярный насос и проверяют качество и герметичность системы.

</p>

Если не удаётся из-за трубок с фреоном корректно поместить радиатор в бак, то их разрезают на максимальном расстоянии от испарителя, а затем спаивают после повторной заправки хладагентом.

В данном варианте переделки сплит-системы изменилась только среда, в которой находится радиатор. В заводской комплектации она была воздушной, теперь жидкая. Таким образом, может быть собрана система типа вода – вода или вода – воздух.

</p>

Подачу воды настраивают от скважины. Для этого соединяют штуцеры бака с трубопроводом.

Между скважинами прокапывают неглубокую траншею для размещения труб контура. Сам трубопровод делают из полиэтиленовых труб. В каждую скважину опускают не менее двух петель из труб. Трубопровод фиксируют бетоном и утепляют грунтом. Прежде чем залить бетоном и засыпать, проверяют герметичность соединений. Для этого систему подключают к насосу, после набора воды насос останавливают и оставляют на несколько часов. Если протечек нет, то работы завершают.

</p>

Все трубки выводят к общей магистрали, заканчивающейся коллектором. Для герметичных соединений используют фитинги.

Видео: как сделать тепловой насос

Итак, немного технических знаний и применение их на практике позволяют внедрить проекты в использование и сделать отопление дома дешевле в два и более раз. Кроме того, описанные схемы подходят для утепления садовых дорожек и отопления хозяйственных построек. Установки небольшой мощности могут служить дополнительным источником тепла.

<index>

Тепловой насос – инновационное устройство, относящееся к альтернативным источникам энергии. Извлекая тепло из природных ресурсов вокруг, прибор является экономичным устройством с большой степенью автономности.

Характеристики

На отоплении и водоснабжении частного дома хочется сэкономить большинству рачительных хозяев. Для таких целей подходит тепловой насос.

Его вполне возможно соорудить своими руками, хорошо при этом сэкономив − заводской прибор стоит очень недешево.

Свойства и устройство

Прибор имеет внешний и внутренний контур, по которым движется теплоноситель. Составляющие стандартного прибора: тепловой насос, устройство для забора и устройство для распределения тепла. Контур изнутри состоит из компрессора с питанием от сети, испарителя, дроссельного клапана, конденсатора. Используют также в приборе вентиляторы, систему труб, геотермальные зонды.

Преимущества теплонасоса:

• не выделяет никаких вредных веществ, абсолютно экологичный;
• нет затрат на покупку и доставку топлива (электроэнергия затрачивается только на перемещение фреона);
• нет необходимости дополнительных коммуникаций;
• абсолютно пожаро — и взрывобезопасный;
• полноценное отопление зимой и кондиционер летом;
• сооруженный тепловой насос своими руками – это автономная конструкция, требующая минимум усилий по управлению.

Применение

Теплонасос, собранный своими руками, подойдет для таких случаев:

• если есть желание сэкономить на топливе для обогрева дома;
• если к дому невозможно подвести газ или сделать это слишком хлопотно, когда покупать баллонный газ – не выход из ситуации;
• нет желания и возможностей топить углем, дровами, электричеством, иным топливом;
• если хозяин дома является приверженцем использования экологически чистой альтернативной энергии. Устройство достаточно практичное даже наряду с наличием возможностей применять другие источники энергии.

Тепловой насос своими руками изготовляется для дома, основываясь на технологиях забора тепла из земли, воды, воздуха. Он используется для отопления, нагрева воды и даже кондиционирования внутри помещения.

Принцип работы

Все окружающее нас пространство есть энергия — нужно только уметь ее использовать. Для теплового насоса нужно, чтобы температура окружающей среды была больше 1С°. Тут следует сказать, что даже земля зимой под снегом или на некоторой глубине сохраняет тепло. Работа геотермального или любого другого теплонасоса основывается на транспортировке тепла от его источника с помощью теплоносителя к контуру отопления дома.

Схема работы прибора по пунктам:

• носитель тепла (вода, грунт, воздух) наполняет находящийся под грунтом трубопровод и нагревает его;
• затем теплоноситель транспортируется в теплообменник (испаритель) с последующей передачей тепла на внутренний контур;
• во внешнем контуре находится хладагент – жидкость с низкой точкой кипения под низким давлением. Например, фреон, вода со спиртом, гликолевая смесь. Внутри испарителя это вещество нагревается и становится газом;
• газообразный хладагент направляется в компрессор, сжимается под высоким давлением и нагревается;
• горячий газ попадает в конденсатор и там его тепловая энергия переходит к теплоносителю системы отопления дома;
• завершается цикл превращением хладагента в жидкость, и она, вследствие потери тепла, возвращается назад в систему.

Тот же принцип используется для холодильников, поэтому тепловые насосы для дома можно применять как кондиционеры для охлаждения помещения. Проще говоря, тепловой насос – это такой холодильник с обратным действием: вместо холода вырабатывается тепло.

Виды

Тепловые насосы своими руками можно сконструировать на основе трех принципов — по источнику энергии, теплоносителю и их комбинации. Источником энергии может быть вода (водоем, река), грунт, воздух. Все виды насосов основаны на одном принципе работы.

Классификация

Выделяют три группы устройств:

• вода-вода;
• грунтово-водяные (геотермальные тепловые насосы);
• используют воду и воздух.

Тепловой коллектор «грунт-вода»

Тепловой насос своими руками — самый распространенный и эффективный способ добычи энергии. На глубине нескольких метров грунт имеет одну постоянную температуру и мало подвержен погодным условиям. На внешнем контуре такого геотермального насоса применяется специальная экологически безопасная жидкость, в народе называемая «рассолом».

Наружный контур геотермального насоса создают из пластиковых труб. Их вкапывают в грунт вертикально или горизонтально. В первом случае на один киловатт может понадобиться достаточно значительная площадь работ – 25–50 м2. Площадь нельзя использовать для посадочных работ — тут допускается только высадка однолетних цветущих растений.

Вертикальный коллектор энергии требует несколько скважин на 50–150 м. Такое устройство более эффективное, тепло передают специальные глубинные зонды.

«Вода-вода»

На большой глубине температура воды постоянная и стабильная. Источником низкопотенциальной энергии может служить открытый водоем, грунтовые воды (колодец, скважина), сточные воды. Принципиальных различий в конструкции для отопления такого типа с разными теплоносителями нет.

Устройство «вода-вода» наименее трудозатратное: достаточно оснастить трубы с носителем тепла грузом и поместить в воду, если это водоем. Для грунтовых вод потребуется более сложная конструкция и может возникнуть нужда в сооружении колодца под сброс воды, проходящей через обменник тепла.

«Воздух-вода»

Такой насос немного уступает двум первым и в холодное время его мощность снижается. Но он более универсальный: для него не нужно копать землю, создавать скважины. Нужно только установить необходимое оборудование, например, на крыше дома. Для этого не требуется сложных монтажных работ.

Основным преимуществом является возможность повторно использовать тепло, покидающее помещение. Зимой рекомендуют иметь еще один источник тепла, поскольку мощность такого обогревателя может значительно уменьшиться.

Этапы монтажа

Тепловой насос своими руками можно сделать полностью из старых запчастей, взятых, например, из нерабочего кондиционера.

Расходы, окупаемость, мощность

Заводской прибор стоит около 4000 евро и выше. Самодельный насос для отопления 100 м² площади окупится приблизительно по прошествии 2-х лет. Для домов с не очень хорошей теплоизоляцией мощность должна быть 75 Вт/м²., с хорошей теплоизоляцией достаточно — 50 Вт/м², а при использовании современных теплоизоляционных материалов — хватит и 30 Вт/м².

Идеальным вариантом будет, когда насос включается в проект для отопления дома с наличием теплого пола и плиточного покрытия.

Процесс создания

Сначала нужно достать компрессор от нерабочего кондиционера, необязательно нового. Дешевле будет приобрести его в мастерских по ремонту холодильников. Компрессор крепится к стене кронштейнами (подойдет L-300).

Для изготовления конденсатора подойдет бак из нержавейки на 100–120 л. Он разрезается пополам, внутри устанавливается змеевик. Змеевик можно изготовить самому из сантехнической медной трубки или от холодильника. Тут нужны толстые стенки – от 1 мм и больше. Трубка наматывается на обычный баллон (газовый, кислородный) с равномерным расстоянием между витками и фиксируется в таком положении перфорированным алюминиевым уголком (им оформляются углы под шпаклевкой). Он приматывается к змеевику, чтобы каждый виток располагался против дырки в уголке.

В результате будет ровный шаг витков и прочность конструкции. После создания змеевика половинки емкости свариваются. Резьбовые соединения также ввариваются. Затем создается испаритель. Для него может подойти обычная пластиковая емкость на 60–80 л. с вмонтированным внутри змеевиком из трубы диаметром ¾ дюйма. Простые трубы для водопровода используют для транспортировки воды.

Испаритель крепится на стене L-кронштейном. А вот закачку фреона должен сделать специалист по холодильному оборудованию: он сварит трубки и закачает в них фреон. После чего конструкцию подключают к системе отопления внутри дома, а затем – к наружному контуру.

Особенности для каждого вида

Вертикальный насос для отопления «грунт-вода» требует создания скважины на 50–150 м. В нее помещаются геотермальные зонды и подключаются к насосу. Зонды берут тепло из грунта, которое переносится с незамерзающей водой к насосу, а оттуда уже в систему отопления. Для маленьких участков подходят зонды, для больших – горизонтальный коллектор.

Для горизонтального аппарата типа «грунт-вода» нужно создать коллектор из системы труб. Его располагают ниже уровня промерзания (1–1,5 м) и выглядит он как своеобразный змеевик под землей. Снимается слой почвы, укладываются трубы и грунт засыпается обратно. Можно уложить трубы в отдельных траншеях.

Для агрегата по типу «вода-вода» собирается из ПНД-труб, которые заполняются носителем тепла и после этого переносятся к водоему. Трубы имеют вид большого змеевика на дне водоема. Желательно разместить их в его центре.

Аппарат типа «воздух-вода» не требует трудоемких земляных работ. Выбирается место около дома или на его крыше, где самодельный тепловой насос соединяется с внутридомовым отоплением. Тепло извлекается вентиляторами и испарителем.

</index>

Похожие статьи

Отопление будущего с помощью энергосберегающих системКлассификация отопительного оборудованияРазновидности отопительных приборовСборка солнечного коллектора для отопления своими руками

• 25 Март 2016Paroc представляет новое премиальное решение PAROC eXtra plus
• 24 Март 2016Новые водонагреватели Bosch с сухим тэном
• 11 Март 2016БИТП от АДЛ — современный продукт для надежных тепловых систем
• 10 Март 2016Новые современные решения от Danfoss

Пеллетные котлы «Пиролиз Мастер» — обзор обновленной линейки и отзывыТОП-5 твердотопливных котлов отопленияТОП-5 комбинированных котлов отопления7 лучших моделей газовых котловКакой утеплитель не грызут мышиОсобенности утеплителя ТехноблокВалерий Залетин, генеральный директор ООО НПК «Мегадор», о перспективах развития российского климатического рынка и немного о себеГенеральный директор ООО «Эксперт Инжиниринг» (торговая марка ИНЕСИС) Т.Л. Саковцева отвечает на вопросы, интересующие читателей

• Калькулятор стоимости энергоносителя для отопления
• Калькулятор стоимости устройства системы отопления
• Расчет тепловой мощности котла
• Расчет стоимости ремонтных работ
• Задать вопрос эксперту

развернуть

В отличие от таких устройств альтернативной энергетики, как солнечная батарея и ветрогенератор, тепловой насос менее известен. И напрасно. Наиболее распространенная схема «грунт-вода» работает стабильно и не зависит от погоды или климатических особенностей. А изготовить его можно самостоятельно.

Немного теории

Использовать природное тепло земли для обогрева жилья проще всего при наличии в регионе геотермальных вод (как это делают в Исландии). Но такие условия большая редкость.

И в то же время тепловая энергия есть везде — надо только ее извлечь и заставить работать. Для этого и служит тепловой насос. Что он делает:

• отбирает энергию у низкотемпературных природных источников;
• аккумулирует ее, то есть поднимает температуру до высоких значений;
• отдает ее теплоносителю системы отопления.

В принципе, используется стандартная схема компрессорного холодильника, но «наоборот». В первом контуре циркулирует природный теплоноситель. Он замкнут на теплообменник, выполняющий функцию испарителя для второго контура.

1 — земля; 2 — циркуляция рассола; 3 — циркуляционный насос; 4 — испаритель; 5 — компрессор; 6 — конденсатор; 7 — система отопления; 8 — хладагент; 9 — дроссель

Второй контур — это и есть сам тепловой насос, внутри которого находится фреон. Цикл теплового насоса состоит из следующих этапов:

1. В испарителе фреон нагревается до температуры кипения. Она зависит от типа фреона и давления в этой части системы (обычно до 5 атмосфер).
2. В газообразном состоянии фреон поступает в компрессор и сжимается до 25 атмосфер, при этом его температура растет (чем больше сжатие, тем выше температура). Это и есть фаза аккумуляции тепла — из большого объема с низкой температурой переход в малый объем с высокой температурой.
3. Нагретый давлением газ поступает в конденсатор, в котором происходит передача тепла теплоносителю системы отопления.
4. После охлаждения фреон попадает в дроссель (он же регулятор потока или терморегулирующий вентиль). В нем давление падает, фреон конденсируется и в виде жидкости возвращается в испаритель.

Где лучше «отбирать» тепло

Принципиально есть три среды, из которых можно «отобрать» тепло:

1. Воздух. При нормальном давлении все типы фреонов закипают при отрицательных температурах (например, R22 — около -25 °C, R404 и R502 — около -30 °C). Но для циркуляции в системе надо создать избыточное давление уже на первой фазе — испарении. Те же 4 атмосферы в испарителе требуют, чтобы температура воздуха на улице была не ниже 0 °C для R22 и -5 °C для R404 и R502. В наших регионах этот тип теплового насоса можно использовать для отопления в межсезонье и для горячего водоснабжения в теплое время года.

2. Вода. Это более стабильный источник тепла, при условии, что водоем зимой не промерзает до дна. Но дом должен не просто находиться рядом с озером или рекой, а быть на первой линии.

3. Земля. Самый стабильный источник тепловой энергии. Можно использовать две схемы — горизонтальную и вертикальную. Горизонтальная кажется проще тем, что не требует бурения. Но придется проделать большой объем земляных работ по рытью системы траншей на глубину ниже уровня промерзания грунта (для средних широт он колеблется от 1 метра на западе европейской части страны и до 1,6–1,8 ближе к Уралу, в Сибири ситуация «еще хуже». Вертикальная схема более универсальна и эффективна, но требует бурения на значительную глубину. Хотя можно использовать несколько неглубоких скважин вместо одной глубокой.

Принципиальная схема

Сама схема теплового насоса несложная: испаритель — компрессор — конденсатор — дроссель — испаритель.

«Сердце» схемы — это компрессор. Можно купить новый, но дешевле подыскать б/у. Естественно, речь идет не о маломощных компрессорах бытовых холодильников, а о моделях, устанавливаемых в сплит-системах. Ориентироваться надо не на потребляемую мощность, а на мощность в режиме обогрева (которая выше чем в режиме охлаждения на 5–20%).

Выбирают модель компрессора по соотношению 1 кВт на 10 кв. метров отапливаемой площади.

Внимание! Может указываться мощность не только в кВт, но и в BTU (английская единица измерения тепловой энергии, принятая для климатической техники). Пересчет сделать просто — значение в BTU разделить на 3,4.

При расчете параметров теплонасоса, в том числе теплообменников, используют программное обеспечение, предназначенное для моделирования, расчетов и оптимизации систем охлаждения, например, CoolPack

Уже на стадии расчетов (а точнее, при задании «вводных») можно оптимизировать систему, выбрав оптимальные тепловые режимы.

Использование теплового насоса эффективно для низкотемпературных систем отопления, например, для теплых полов с температурой не выше 35–40 °C. Кстати, эта же температура рекомендована по медицинским требованиям для системы ГВС.

Для каждого типа фреона есть оптимальные температуры «входа» и «выхода», точнее, кипения и конденсации, но разница у всех них не более 45–50 °C.

Казалось бы, увеличение температуры на выходе теплового насоса даст положительный эффект, но это не так. Будет расти и разница температур, что приведет к снижению COP (коэффициента преобразования, или КПД тепловой машины). Кроме того, для этого потребуется использование более мощного компрессора и дополнительный расход электроэнергии.

Идеального COP достичь не получится (потери в компрессоре, расход электроэнергии, потери тепла при транспортировке внутри системы и т. п.), поэтому реальные значения обычно лежат в пределах от 3 до 5.

Есть еще один способ повышения эффективности — использование бивалентной схемы отопления.

В реальности работа системы отопления в полную мощность нужна лишь на протяжении 15–20% всего сезона. На это время можно использовать дополнительные отопительные устройства (например, керамический обогреватель или конвектор). Уменьшение расчетной тепловой мощности до 80% позволит сэкономить на компрессоре, уменьшить глубину скважины или длину труб горизонтальной схемы, снизить расход электроэнергии на обслуживание самого теплового насоса.

От заданной номинальной мощности теплового насоса и COP зависит расчет горизонтального или вертикального грунтового теплообменника. В среднем с каждого метра «горизонта» снимают 20 Вт (при шаге укладки труб не менее 0,7 м), а с «вертикали» — 50 Вт. Но конкретные значения зависят от вида породы и ее влажности. Лучшие значения у грунтовых вод.

Интересно! Есть и другие грунтовые теплообменники — «спираль» или «корзина». По сути, это вертикальный зонд из трубы в виде спирали, что позволяет снизить глубину бурения.

После определения длины горизонтального контура или глубины вертикального зонда рассчитывают размеры испарителя и конденсатора.

Изготовление испарителя и конденсатора

Можно купить уже готовые теплообменники как для испарителя (под низкое давление), так и для конденсатора (с давлением до 25 бар). Но дешевле их изготовить из медной трубки для кондиционеров (которая предназначена именно для работы с хладагентами при высоком давлении) и подручных емкостей.

Важно! Сантехническая медная труба не такая «чистая» и гибкая. Ее хуже паять и вальцевать при монтаже.

Рассчитывают площадь поверхности теплообменника, которая прямо пропорциональна мощности тепловыделения и обратно пропорциональна разнице температур теплоносителей на входе и выходе каждого подключаемого контура (грунтового и системы отопления).

Зная диаметр трубы и площадь поверхности, определяют длину каждого змеевика для испарителя и конденсатора.

Емкость для конденсатора лучше сделать из нержавейки (температура входящих паров фреона может быть довольно высокая):

• взять готовый бак подходящей емкости (чтобы поместилась спираль из медной трубки);
• разместить в нем змеевик (вход вверху, выход внизу);
• вывести концы медной трубки для подключения к компрессору и ТРВ (пайкой или фланцем);
• сделать в баке врезку переходников для подключения труб системы отопления;
• заварить крышку.

Испаритель работает на более низких температурах, поэтому для него можно взять более дешевую пластиковую емкость, в которую врезают переходники для подключения к грунтовому контуру. Он также отличается от конденсатора расположением змеевика теплообменника — вход (жидкая фаза фреона от ТРВ) снизу, выход на компрессор сверху.

Монтаж схемы

После изготовления теплообменников производят сборку газогидравлической схемы:

• устанавливают по месту компрессор, конденсатор и испаритель;
• паяют или соединяют на фланец медные трубы;
• подключают испаритель к насосу грунтового контура;
• подключают конденсатор к системе отопления.

1 — циркуляционный насос грунтового контура; 2 — испаритель; 3 — выход грунтового контура; 4 — терморегулирующий вентиль; 5 — компрессор; 6 — к системе отопления; 7 — конденсатор; 8 — обратка системы отопления  

Электрическая схема (компрессор, насос грунтового контура, аварийная автоматика) должна подключаться по выделенной цепи, которая обязана выдерживать довольно высокие пусковые токи.

Обязательно использовать автомат защиты, а также аварийное отключение от реле температуры: на выходе воды из конденсатора (при перегреве) и выходе рассола из испарителя (при переохлаждении).

рмнт.ру

Источник → Опубликовано 16.03.2016 в 15:00

Реакции на статью

Понравился наш сайт? Присоединяйтесь или подпишитесь (на почту будут приходить уведомления о новых темах) на наш канал в МирТесен!

1Показы: 1Весь список тем« Предыдущая тема | Следующая тема »

1 февраля 2019 в 9:21Станислав Журавлевич / REALTY.TUT.BY

С введением нового низкого тарифа на электроэнергию многие владельцы домов задумались, чем выгоднее их отапливать — газом или электричеством? Наш недавний предварительный расчет для электрокотла показал, что газ пока дешевле. Но есть устройства, превращающие электроэнергию в тепловую энергию более эффективно — тепловые насосы. И наши расчеты говорят о том, что ими обогревать дома дешевле, чем газом. В этом материале мы также объясним, почему тепловые насосы стали популярными в Украине и Польше, а у нас люди с ними знакомы еще мало.

Еще раз о тарифе «три копейки»

С 1 января 2019 года в стране действует специальный тариф на электроэнергию, которая расходуется на нужды отопления и горячего водоснабжения жилых домов. Его сразу окрестили «три копейки», так как при соблюдении всех условий (отдельный счетчик электроэнергии и отсутствие централизованного тепло- и газоснабжения дома) электроэнергия, потребляемая «приемниками электрической энергии», будет оплачиваться по 3,35 копейки/кВт·ч. Как поясняет «Белэнерго», к приемникам относятся электрические котлы, водонагревательные установки, электроконвекторы, теплые полы и тепловые насосы.

Что такое тепловой насос и как он работает?

Тепловые насосы относятся к категории энергосберегающего оборудования. Они позволяют использовать общедоступное тепло грунта, грунтовых вод, рек, водоемов, окружающего воздуха для нагрева воздуха и воды в доме.

— Главное достоинство теплового насоса в том, что, потребляя один киловатт электрической энергии, в зависимости от условий он выдает от 3 до 5 кВт тепловой, — объясняет Юрий Григоренко, инженер компании «Энергео». — Соответственно, в отличие от электрического котла, к тепловому насосу требуется подведение в 3−5 раза меньшей установленной мощности. А это важно. Дело в том, что далеко не везде электроснабжающая организация может выделить для домовладельцев требуемую мощность в 10−30 кВт, необходимых для работы электрокотлов. В то же время 5−10 кВт выделенной мощности может быть более чем достаточно для отопления и покрытия общедомовых бытовых нужд в случае использования теплового насоса. Особенно остро этот вопрос стоит для домов большой площади.

Тепловой насос представляет собой установку, визуально напоминающую домашний холодильник. Особых требований к месту монтажа нет, для него не нужен дымоход или вентиляция. Установка теплового насоса, в отличие от газового оборудования, не требует каких-либо согласований проектной документации.

Тепловые насосы не только выглядят как холодильник, но и работают по тому же принципу. Как происходит отбор тепла?

Низкопотенциальное тепло принимается тепловым насосом в теплообменнике-испарителе и передается хладагенту — веществу с низкой температурой кипения. Хладагент, получив определенное количество теплоты, испаряется и в газообразном состоянии поступает в компрессор. Компрессор сжимает его до высокого давления, повышая тем самым температуру. Далее газообразный хладагент поступает в следующий теплообменник — конденсатор. В нем происходит передача теплоты высокого потенциала теплоносителю системы отопления и горячего водоснабжения. После конденсатора хладагент проходит через редукционный клапан, где давление и температура снижаются до первоначальных параметров перед теплообменником-испарителем. Цикл замыкается и повторяется снова.

В зависимости от источника тепла различают типы тепловых насосов: «грунт-вода» (используется тепло грунта и грунтовых вод), «воздух-вода» (используем тепло атмосферного воздуха или системы вентиляции) и другие.

Например, забор тепла из грунта может осуществляться с помощью горизонтального геотермального контура (системы пластиковых труб на глубине 1,2−1,5 метра) или вертикальных геотермальных скважин, глубиной до 100 метров.

Окружающий воздух является наиболее доступным источником низкопотенциальной теплоты для теплового насоса «воздух-вода». Одним из его преимуществ является более простая схема монтажа оборудования в систему с уже установленным любым дополнительным источником тепла (например, дизельным или твердотопливным котлом).

Эффективность использования теплового насоса определяется коэффициентом преобразования или коэффициентом трансформации (обозначается как СОР). Для современных тепловых насосов величина СОР может достигать 5−5,5. Значение СОР = 5 показывает, что при подводе к тепловому насосу 1 кВт электрической энергии можно получить 5 кВт тепла.

Стоит отметить, что тепловые насосы обеспечивают не только отопление и горячее водоснабжение, но и охлаждение дома летом.

Электрокотел, газ или тепловой насос?

Считаем затраты на отопление дома газовым котлом, электрокотлом и тепловым насосом за отопительный сезон.

Допустим, расчетная тепловая нагрузка на отопление частного дома составляет 12 кВт (хорошо утепленный дом площадью 180−240 «квадратов» при условии поддержания в доме температуры +20°С при минимальной температуре наружного воздуха -24°С). Для большей прозрачности расчетов расход тепла на горячее водоснабжение в нашем примере учитывать не будем. Поэтому на один отопительный сезон продолжительностью 6,5 месяца нашему дому потребуется 27 тысяч кВт тепла на отопление (23,3 Гкал в сезон).

Рассмотрим вариант с установленным газовым котлом. На производство такого количества тепла придется сжечь не менее 2,7 тысяч м³ природного газа. С новым тарифом в 0,1143 рублей/м³ хозяину дома в этом случае придется заплатить около 310 рублей за сезон, то есть почти 50 рублей в месяц. Приемлемая сумма, но стоит учитывать и то, что во второй половине 2019 года тариф на газ подрастет до 0,1190 рублей/м³, а в летний период использовать газ на бытовые нужды будет традиционно в 3,5 раза дороже — 0,4114 рублей/м³.

Предположим, что в качестве источника тепла в доме используется электрокотел. Его КПД составляет не менее 98%. Это означает, что на производство 27 тысяч кВт тепла для отопления нашего дома электрическому котлу потребуется «сжечь» примерно столько же киловатт электрической энергии. Соответственно, с новым низким тарифом в 0,0335 рублей/кВт·ч владельцам электрокотла придется заплатить более 900 рублей за сезон, или около 140 рублей в месяц.

Как видим, даже с применением специального субсидируемого тарифа отапливать дом электричеством будет в 3 раза дороже, чем использовать природный газ. Электрический же котел будет выгоднее в эксплуатации, чем газовый, только при нагреве воды в бойлере летом.

С установкой теплового насоса ситуация складывается следующим образом. При среднем коэффициенте преобразования теплового насоса COP = 4 на производство все тех же 27 тысяч кВт тепла на обогрев дома тепловому насосу потребуется затратить всего 6,75 тысяч кВт·ч электрической энергии. Умножаем на тариф в 0,0335 рублей/кВт·ч и получаем, что за отопительный сезон в этом случае придется заплатить лишь 226 рублей, то есть 35 рублей в месяц. А это уже дешевле газа.

Средний срок эксплуатации тепловых насосов — 20 лет, электрических котлов — 7−8 лет, газовых — 7−15 лет в зависимости от производителя и условий эксплуатации.

Использовать дешево, но купить дорого

Получается, что тепловой насос при таких тарифах на электричество и газ — вне конкуренции. Так почему же за ними не выстраивается очередь из желающих экономить на отоплении?

— Основным минусом, ограничивающим массовое применение тепловых насосов в Беларуси, остается относительно высокая величина капитальных затрат на оборудование и монтаж, — говорит Николай Криворот, директор компании «Энергео». — К примеру, стоимость теплового насоса европейского производства тепловой мощности около 10 кВт составляет от 4 до 8 тысяч евро в зависимости от конкретного бренда, типа, оснащения и функционала. Китайская продукция дешевле, но покупать ее можно только при наличии действующего сервисного центра. Конечная стоимость комплекта оборудования с монтажом может достигать 5,5−10 тысяч евро.

Личный опыт

И тем не менее, для тех, у кого нет газа, а выделенной мощности электросети не хватает для подключения электрокотла, инвестиции в тепловой насос не кажутся сверхдорогим мероприятием.

Например, Александр из поселка Дроздово пользуется таким оборудованием уже более 10 лет.

— Мне тепловой насос посоветовали друзья из Литвы, — говорит он. — Потребляемая мощность моего оборудования 4 кВт, оно производит 17 кВт тепла. Этого достаточно, чтобы отопить дом на 260 «квадратов». По улице у меня идет газопровод, но 10 лет назад для подключения к нему нужно было приложить немало усилий: сделать проект, получить кучу разрешений, оборудовать помещение котельной. А с тепловым насосом «грунт-вода» все было гораздо проще.

Дом у Александра деревянный, поэтому пожаробезопасность была не на последнем месте. Тепловой насос в этом плане наиболее безопасный способ отопления.

— Насос с монтажом обошелся в 10 тысяч долларов. Из самых трудоемких работ по его установке — бурение трех скважин. В моей системе отопления есть и теплые водяные полы, и радиаторы, и фанкойлы. Последние способны работать летом на охлаждение, заменяя тем самым кондиционер. Причем холод бесплатный — только за счет циркуляции теплоносителя через скважины.

Такой способ отопления Александру показался экономичным. В отопительный сезон затраты на электроэнергию, с учетом потребления энергии бытовыми приборами, составляют 100−120 долларов в месяц.

— Сейчас пользуюсь дифференцированным тарифом, но в ближайшее время буду устанавливать отдельный счетчик и переходить на новый тариф. По моим расчетам, расходы на отопление сократятся в разы.

Больше об эксплуатации тепловых насосов в Беларуси читайте в материале «Как живется в доме, отапливаемом геотермальным тепловым насосом».

Европейский опыт

Мировые продажи тепловых насосов составляют свыше 1 миллиона в год. Беларусь на общем фоне выглядит почти незаметно — сейчас за год продается около 50−60 тепловых насосов всех марок.

В странах Евросоюза тепловые насосы занимают лидирующее положение в сфере отопления частных домов. И не последнюю роль в популяризации энергосберегающего оборудования играют государственные программы компенсации людям затрат на его покупку.

Например, в Польше до 2019 года общей госпрограммы не было, но в большинстве воеводств существовали свои программы дотаций для модернизации (нового строительства) частного домовладения. Программы позволяли получить компенсацию затрат до 50%. Поэтому в 2017 году поляки установили около 27 тысяч тепловых насосов.

А с 2019 года в Польше заработала государственная программа «Чистый воздух». Ее цель — сокращение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу за счет устранения неэффективных, устаревших источников тепла и повышения энергоэффективности частных домов. По ней можно получить субсидию для модернизации старой или монтажа новой системы отопления, горячего водоснабжения, вентиляции с рекуперацией в пределах 12,5 тысячи евро. Все работы, оборудование и материалы освобождены от уплаты НДС.

В соседней Украине тепловые насосы получили популярность сравнительно недавно — сразу после резкого роста цены на газ для населения.

— Сейчас стоимость тысячи кубометров природного газа для населения составляет примерно 300 долларов (646 рублей), а электроэнергия для отопления стоит 1,7 евроцента за кВт·час (примерно 4 копейки), — объясняет ситуацию на энергорынке Украины Остап Кучерук, руководитель компании, занимающейся продажей тепловых насосов в этой стране. — Однако на дешевую энергию существует лимит в 3 тысячи кВт·час в месяц. Поэтому использование электрокотлов актуально для небольших по площади домов. Это многих вынудило искать альтернативные варианты, и актуальными стали кроме твердотопливных котлов тепловые насосы. При наших тарифах окупаемость этого оборудования составляет примерно 5−7 лет. К тому же частные покупатели тепловых насосов могут воспользоваться европейской программой IQ energy по компенсации затрат на приобретение оборудования и вернуть до 3 тысяч евро. Поэтому продажи тепловых насосов каждый год показывают хороший рост до 20%.

Что у нас?

Тепловые насосы до этого года были актуальны в основном для тех, кто не имел возможности подключить газ, а также для тех, кому использовать электрокотел было или очень дорого, или невозможно. Но с введением нового тарифа на электроэнергию для отопления тепловые насосы становятся альтернативой любым другим источникам тепла.

Геннадий, который живет в частном доме под Минском, один из первых в стране подключил тепловой насос после введения нового тарифа.

— Во вторник ко мне приехали специалисты из «Энергосбыта», опломбировали отдельный счетчик и заключили договор на электроснабжение. Меня лишь попросили предоставить справку из сельсовета, что моя деревня не газифицирована. Счетчик мне установили еще в прошлом году — с этим тоже проблем не было. Я, если честно, не ожидал, что все будет так просто. Теперь вот пользуюсь дешевой энергией для работы теплового насоса.

Процедура подключения на дешевый тариф довольно проста, и о ней мы уже рассказывали в материале «Как подключить систему отопления к электричеству или сменить тариф: подробная инструкция».

Читайте также

Используемые источники:

• https://teplo.guru/sistemy/kak-sdelat-teplovoy-nasos.html
• https://x-teplo.ru/otoplenie/oborudovanie/teplovoj-nasos-svoimi-rukami.html
• https://rmnt.mirtesen.ru/blog/43350754179
• https://realty.tut.by/news/building/624548.html