Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использование

Коэффициент эффективности

Именно этот параметр позволяет сопоставить эффективность установок различного типа, чтобы определить оптимальный вариант. Данный термин является тем самым КПД. Рассчитывается эффективность как отношение вырабатываемого количества энергии и потребляемому. Под потреблением стоит понимать электроэнергию, затраченную на запуск системы и расходуемую в процессе ее работы. Независимо от времени года для водяных модификаций коэффициент эффективности равен 5.

Другими словами, если устройство потребляет, скажем 2 кВт в час, то установка выдает до 10 кВт час, но уже в виде тепла. Геотермальное отопление частного дома менее эффективно, так как коэффициент равен 4,0-4,5. В случае с воздушным типом определяющим фактором является температура окружающей среды. Так при нуле он равен 3,5. Если же она снизится до -20 град. то эффективность будет равна 1,5. Именно нестабильность в последнем случае является фактором низкого спроса на устройства воздушного типа. А все больше людей отдают предпочтение «золотой» середине – геотермальным агрегатам.

Часто поставщики оборудования указывают в техническом описании КПД в процентах. Этот маркетинговых ход не должен ввести вас в заблуждение. Если, например, имеет место характеристика эффективности в 400%, то это означает, что коэффициент равен 4. Иными словами при потреблении 1 кВт*ч электроэнергии отопительная система способна вырабатывать до4 кВт*ч. То есть величину, указанную в процентах необходимо разделить на 100. Это и будет отношение потребления к «выработке».

Конструктивные элементы и принцип работы

У рассматриваемых тепловых насосов для отопления дома принцип действия напоминает принцип работы холодильного оборудования, только наоборот. Если холодильная установка выводит часть тепла из своей внутренней камеры наружу, тем самым понижая в ней температуру, то работа теплового насоса состоит в том, чтобы охлаждать окружающую среду и нагревать теплоноситель, который перемещается по трубам отопительной системы. По тому же принципу функционируют тепловые насосы «воздух – вода» и «земля – вода», которые также используют энергию из низкопотенциальных источников для обогрева жилых и производственных помещений.

Устройство теплового насоса

Конструктивная схема теплового насоса вода-вода, который является наиболее продуктивным среди устройств, использующих источники энергии с низким потенциалом, предполагает наличие таких элементов, как:

  • наружный контур, по которому перемещается вода, откачиваемая из водного источника;
  • внутренний контур, по трубопроводной магистрали которого перемещается хладагент;
  • испаритель, в котором холодильный агент превращается в газ;
  • конденсатор, в котором газообразный хладагент снова становится жидкостью;
  • компрессор, предназначенный для того, чтобы увеличивать давление газообразного холодильного агента перед его подачей в конденсатор.

Принцип действия теплового насоса

Таким образом, в устройстве теплового насоса вода-вода нет ничего сложного. Если вблизи от дома имеется естественный или искусственный водоем, то для отопления строения лучше всего применять как раз тепловой насос типа вода-вода, принцип работы и конструктивные особенности которого состоят в следующем.

  1. Контур, представляющий собой первичный теплообменник, по которому циркулирует антифриз, размещается на дне водоема. При этом глубина, на которой выполняют монтаж первичного теплообменника, должна быть ниже уровня промерзания водоема. Антифриз, проходя по первичному контуру, нагревается до температуры 6–8°, а затем подается к теплообменнику, отдавая тепло его стенкам. Задача антифриза, циркулирующего по первичному контуру, заключается в передаче теплоэнергии воды холодильному агенту (фреону).
  2. В том случае если схема работы теплового насоса предусматривает забор и передачу тепловой энергии воды, откачиваемой из подземной скважины, контур с антифризом не используется. Вода из скважины по специальной трубе пропускается через камеру теплообменника, где и отдает свою тепловую энергию холодильному агенту.
  3. Теплообменник для тепловых насосов – важнейший элемент их конструкции. Это устройство, состоящее из двух модулей – испарителя и конденсатора. В испарителе фреон, подающийся по капиллярной трубке, начинает расширяться и превращается в газ. При контакте газообразного фреона со стенками теплообменника хладагенту передается низкопотенциальная тепловая энергия. Зарядившийся такой энергией фреон подается в компрессор.
  4. В компрессоре осуществляется сжатие газообразного фреона, в результате чего температура хладагента повышается. После сжатия в камере компрессора фреон поступает в другой модуль теплообменного аппарата – конденсатор.
  5. В конденсаторе газообразный фреон снова превращается в жидкость, а накопленная им тепловая энергия передается стенкам емкости, в которой находится теплоноситель. Поступая в камеру второго модуля теплообменника, фреон, находящийся в газообразном состоянии, конденсируется на стенках накопительной емкости, сообщает им тепловую энергию, которая затем передается воде, находящейся в такой камере. Если при выходе из испарителя фреон обладает температурой 6–8 градусов Цельсия, то на входе в конденсатор теплового насоса вода-вода благодаря вышеописанному принципу работы такого устройства ее значение достигает 40–70 градусов Цельсия.

Таким образом, принцип работы теплового насоса базируется на том, что хладагент при переходе в газообразное состояние забирает тепловую энергию у воды, а при переходе в жидкое состояние в конденсаторе отдает накопленную энергию жидкой среде – теплоносителю отопительной системы.

Точно по такому же принципу работают тепловые насосы «воздух – вода» и «земля – вода», разница состоит лишь в типе источника, который применяется для получения тепловой энергии низкого потенциала. Другими словами, тепловой насос принцип работы имеет один, не варьирующийся в зависимости от типа или модели устройства.

То, насколько эффективно нагревается тепловым насосом теплоноситель системы отопления, во многом определяется колебаниями температуры воды – источника низкопотенциальной энергии. Высокую эффективность такие устройства демонстрируют при работе с водой из скважин, где температура жидкой среды в течение года находится в диапазоне 7–12 градусов Цельсия.

Насос «вода-вода» относится к одному из грунтовых типов тепловых насосов

Принцип работы теплового насоса вода-вода, обеспечивающий высокую эффективность данного оборудования, позволяет использовать такие устройства для оснащения систем отопления жилых и промышленных строений не только в регионах с теплыми зимами, но и в северных районах.

Как устроен внутренний контур теплового насоса

Внутренний контру таких систем устроен довольно традиционно. Нагревать помещения или, наоборот, охлаждать их могут теплые полы с водяным теплоносителем или специальные устройства – фанкойлы, напоминающие усовершенствованный кондиционер.

В таких системах не используются традиционные отопительные радиаторы, так как максимальная температура теплоносителя не превышает 55 градусов Цельсия.

Установка фанкойлов наиболее предпочтительна, так как они более эффективно могут работать как в режиме тепловентилятора холодной зимой, так и в режиме охлаждающего кондиционера жарким летом. Летом температура воздуха, поступающего из вентилятора может достигать минимальной величины в 7 градусов, что безусловно будет достаточно для эффективного охлаждения дома.

Принцип работы теплового насоса для отопления частного дома: объясняем на пальцах

Если отбросить все технические моменты — можно привести вам пример, который раз и на всегда поможет вам понять, как тепловой насос может отопить ваш дом, затратив при этом столь ничтожное количество электроэнергии. Представьте, что в системе отопления вашего частного дома: радиаторы батарей, трубы (внутренний контур) — залито 100 литров холодной воды с температурой 2 градуса по Цельсию. Вы укладываете на глубину около 2 метров под землей очень длинную пластиковую трубу, срок службы которой достигает 100 лет (внешний контур). В подземную трубу помещается примерно 1000 литров рабочей жидкости. Солнце круглый год греет нашу планету и разогревает её недра до температуры +7 +8 градусов по Цельсию. Итого мы имеем 1000 литров жидкости с температурой +7.5 градусов. Теперь в игру вступает сам тепловой котел, который как соковыжималка вытягивает из каждого литра рабочей жидкости по 7.5 градусов, давайте напишем формулу: 1000л. х 7.5 = 7500 градусов чистой энергии. Эта чистая энергия передается воде в самой системе отопления, в итоге получаем 100 литров воды с температурой 7500/100 =75 градусов, неплохо, да? Все основные затраты электроэнергии расходуются на два насоса, которые качают рабочую жидкость по системам внешнего (подземного) и внутреннего (внутридомового) контуров и компрессор, который создает давление. Получается, что основными рабочими лошадками являются насосы, отсюда и название самой системы — «Тепловой насос».

Но каким образом этому «Чудо-котлу» удается отбирать энергию и концентрировать её до гораздо более высокой температуры? Это очень просто, вы никогда не задумывались, как работает ваш холодильник или кондиционер? Может быть и кондиционер является для вас загадкой, но он работает и точно также будет работать и система отопления дома с тепловым насосом, это как холодильник наоборот. Схематично это можно представить в таком виде:

princip_raboty_teplovogo_nasosa1-650x408.png

Применение тепловых насосов только набирает силу в Россию. Эти сведения только начинают распространяться в профессиональной строительной среде. Также информация о данных системах пока еще мало знакома российским потребителям. Однако, эта инновация уже получила широкое распространение и уже около тридцати лет такие конструкции применяются для теплоснабжения частных домов. Особое преимущество данным конструкциям придает тот факт, что они используют возобновляемые источники энергии. Такой подход предполагает разовые затраты на приобретение и монтаж системы, небольшие затраты на регулярное регламентное обслуживание и абсолютно бесплатные энергоносители. Это немаловажно в условиях стремительно растущих тарифов на любые типы энергии.

До сих пор не поняли, как тепловой насос может отопить ваш дом? Смотрите обучающее видео

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий