Многообразие тепловых насосов для отопления: подробная классификация

Содержание

Тепловой насос для отопления дома: принцип, виды

Многообразие тепловых насосов для отопления: подробная классификация

Когда приближается отопительный сезон, люди задумываются о том, готовы ли они к холодам, каким образом осуществлять обогрев в своем жилище. Постоянный рост стоимости на жидкое топливо и газ ведет к поискам альтернативы обычной отопительной системы.

Решением стали, использующие природные энергоносители, теплонасосы. Таким образом, процесс отопления с помощью тепловых насосов – гораздо дешевле.

Что такое тепловой насос?

Тепловой насос для отопления дома – прогрессивное технологическое оборудование. Данные устройства извлекают энергию из возобновляемых источников природы (воздуха, воды, земли), и переносят ее к теплоносителю. Тепловые насосы для отопления дома принципом действия напоминают холодильные установки.

Теплонасосы (ТН) не вырабатывают тепло, а отнимают его у низкопотенциального источника, перенося за счет хладагента в комнаты и помещения, где оно необходимо. В этом заключается их главное преимущество – трата электроэнергии лишь на перемещение тепла, а не его выработки. При этом на 5-6 кВт тепловой мощности затрачивается 1 кВт электрической.

Способные отопить здания и жилые помещения, тепловые насосные агрегаты также являются экологически чистыми. В борьбе за экологически чистую среду, а также благодаря их экономичности, спрос на теплонасосы неуклонно растет по всему миру. На планете установлено около 100 млн. подобных устройств. На Западе и Европейском континенте в быту они начали использоваться более четверти века назад.

Принцип работы теплового насоса

Примечательно, что в Японии, Европе и Штатах даже введены строительные нормы, предусматривающие в обязательном порядке при строительстве новых зданий и жилых домов использование тепловых насосов. А в Швеции 70% отопления состоит именно из агрегатов, переносящих тепловую энергию от низкопотенциального источника.

Все теплонасосные системы складываются из следующих конструктивных элементов:

  • Первичный/вторичный грунтовые контуры. Это закрытые системы, первая из которых состоит из трубопроводов, циркуляционного насоса грунтового контура, испарителя. Ее назначением является передача тепловой энергии к ТН от грунта. Вторая включает трубопроводы, циркуляционный насос, конденсатор. Она передает тепло от ТН к системе отопления.
  • Бак-аккумулятор, накапливающий горячую воду, чтобы выравнивать нагрузки отопительной системы и горячего водоснабжения, продлевать срок эксплуатации теплового насоса.

Теплонасос или теплогенератор имеет конденсатор, передающий тепло от хладагента к элементам системы отопления, испаритель, в котором осуществляется отбор к ТН от низкотемпературного источника. Основными элементами также являются: дроссель, устройство, служащее для снижения температуры и давления, компрессор, повышающий температуру и давление паров хладагента.

Тепловые насосы для отопления дома обладают преимуществами:

  1. Долговечность.
  2. Работа в режиме 2 в 1: зимой – обогревание, летом – охлаждение.
  3. Экономия на эксплуатационных расходах и электроэнергии.
  4. Экологическая чистота технологии.
  5. Надежность.
  6. Пожаро- и взыровобезопасность.
  7. Легкая интеграция в любую систему, призванную отапливать помещение.
  8. Универсальность и автономность.
  9. Комфорт за счет устойчивого и бесшумного функционирования прибора.
  10. Удобство использования.

Обустройство отопления дома с помощью теплового насоса

К недостаткам относят: значительнее затраты на монтаж агрегата (данный фактор исключается благодаря экономической целесообразности теплогенератора), сложность обустройства и последующего ремонта. Но насколько качественнее вы приобретете устройство, настолько долго оно не будет требовать проведения техобслуживания и капремонта.

Отзывы реальных владельцев являются свидетельством тому, что отопление загородного дома тепловым насосом, – выгодное решение и лучшая альтернатива электрическому, твердотопливному и газовому котлу.

Принцип работы тепловых насосов для отопления дома

Теплопередача совершается методом низкотемпературного нагрева. На эффективность работы оборудования влияет температура, чем ниже ее показатель, тем выше продуктивность ТН.

Принцип работы устройства схож с холодильной установкой, однако, если домашний холодильник производит теплопередачу через решетку на задней стенке из внутреннего пространства в окружающую среду, то теплогенератор, напротив, – забирает из окружающей среды энергию, передавая ее в отопительную систему через хладагент.

Внешний контур «вбирает» тепло из природных источников. Антифриз течет по контуру, уложенному в грунт (водоем) к теплогенератору.

Он, проходя через испаритель, отдает хладагенту до 7 градусов, отчего последний вскипает и переходит в состояние газообразное.

Затем уже с низкой температурой кипения и охлаждения (– 10 градусов) незамерзайка опять «уходит» в контур. По коллектору в течение часа антифриза протекает 23 куб.м.

Установка теплового насоса в подвале дома

Незамерзающую жидкость земля нагревает приблизительно на 6 градусов. После компрессор сжимает пары хладона, повышая тем самым его температуру до 90-100 градусов и выталкивая в конденсатор, где уже хладагент совершает теплоотдачу во внутренний контур. По завершению данного действия он переходит в жидкое состояние и процесс повторяется.

Область и сферы применения

Востребованность тепловых насосов для отопления наблюдается в случаях, когда иные способы организации отопительных систем обходятся значительно дороже. Сферами применения являются системы, требующие температуры воды не выше 55 градусов. Область применения не ограничивается частным сектором.

ТН могут стоять на заводах, складах и других промышленных объектах инфраструктуры, в офисах. Они зарекомендовали себя с положительной стороны в аквапарках, где необходима максимальная тепловая энергия при минимальных затратах на электричество. Их использование актуально на АЗС.

ТН используют для поддержания требуемого климата в теплицах.

Для отопления частного дома тепловым насосом, следует приобретать устройство малой мощности до 100 кВт. Промышленные здания нуждаются в мощности до 500 кВт. Более мощное оборудование покупают для больших помещений и нагрева воды до 65 градусов.

Виды тепловых насосов

ТН различаются в зависимости от источника отбора тепла на:

  • геотермальный – агрегат использует тепло грунта, подземных или наземных грунтовых вод. Информация о том, сколько стоит данный агрегат и сама установка геотермальных тепловых насосов для отопления, вас не обрадует, тем не менее, решение – выгодное с точки зрения эксплуатационных расходов. Это обусловлено тем, что  температура земли на глубине постоянна даже в зимний период, является достаточно высокой, значит, расходы электричества будут ниже;
  • водяной – устройство, коллектор которого размещается в водоеме ниже глубины промерзания кольцами или извилисто. Самый бюджетный вариант, недостаток – требования по объему воды и глубине для того или иного региона;
  • воздушный тепловой насос для отопления использует в качестве источника отбора тепла воздух. Воздушные тепловые насосы не везде показывают эффективную эксплуатацию, так как зависит от энергии ветра. Их монтируют в обдуваемом месте;
  • использующие вторичное тепло, для них источником тепла служат: канализационные стоки, водные ресурсы.

Типовая классификация тепловых насосов

По типу теплоносителя входного/выходного контура насосы делят на восемь видов:

Воздушные тепловые насосы для отопления

  1. «Грунт-вода». Трубы прокладываются под землей на глубине свыше 1 м, по ним циркулирует антифриз, который забирает тепло из грунта и перемещает его к системам отопления. Тепловой насос «извлекает» энергию за счет коллекторов и зондов.
  2. «Вода-вода». Используется тепло подземных вод, передающееся воде для горячего водоснабжения и отопления. Сначала происходит закачка воды из скважины, а затем она, проходя через ТН, отдает тепло. Охлажденная жидкость отводится обратно. Такой насос – оптимальный вариант для тех, кто живет в близости с водоемом, его установка довольно проста.
  3. «Воздух-воздух». Для отопления тепловыми насосами данного вида промежуточный теплоноситель не требуется. Испаритель и компрессор монтируют снаружи здания. Попадая на испаритель, атмосферный воздух передает тепловую энергию хладагенту, который «отдает» его в конденсатор, установленный внутри помещения. Благодаря вентиляционному механизму естественная смесь газов сначала прокачивается через конденсатор, а затем возвращается назад уже прогретой.
  4. «Воздух-вода». Источник тепла – естественная смесь газов, которую вентиляторы прогоняют через испаритель, совершая тем самым «извлечение» тепла. По универсальности проигрывает иным разновидностям.

Отзывы

Андрей, 38 лет, Краснодар:

Занимался строительством 2-этажного дома в 150 кв.м, проектом предусмотрен электрообогрев, теплые полы. Можно было установить конвекторы, но я решил приобрести бюджетную воздушную модель насоса Dan Heat AVH-24V1DR. Результатом доволен, температура в доме – 24 градуса. ТН нагревает бак емкостью в 500 л до 40 градусов.

Геннадий, 45 лет, Киев:

Приобрел теплонасос, работающий на подземных водах, поставил в дом площадью 200 кв.м. Идея возникла с целью ухода от электропитания и экономии на электроэнергии. В итоге расход электричества упал на 30%. Все работает на автоматике, устройство из одного колодца воду забирает, а в другой сбрасывает. Летом попробую в режиме охлаждения эксплуатировать.

Источник: https://nasosovnet.ru/termo/teplovye-nasosy-dlya-otopleniya.html

Тепловой насос. Устройство, виды, принцип действия теплового насоса

Многообразие тепловых насосов для отопления: подробная классификация

Тепловой насос — устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой. Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине.

Однако если в холодильной машине основной целью является производство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе картина обратная.

Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель — теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту: вторичные энергетические ресурсы и (или) нетрадиционные возобновляемые источники энергии.

Концепция тепловых насосов была разработана ещё в 1852 году выдающимся британским физиком и инженером Уильямом Томсоном (Лордом Кельвином) и в дальнейшем усовершенствована и детализирована австрийским инженером Петером Риттер фон Риттингером (Peter Ritter von Rittinger).

Петера Риттера фон Риттингера считают изобретателем теплового насоса, ведь именно он спроектировал и установил первый известный тепловой насос в 1855 году. Но практическое применение тепловой насос в 40-х годах ХХ века, когда изобретатель-энтузиаст Роберт Вебер (Robert C.

Webber) экспериментировал с морозильной камерой.

Однажды Вебер случайно прикоснулся к горячей трубе на выходе камеры и понял, что теплота просто выбрасывается наружу. Изобретатель задумался над тем, как использовать эту теплоту, и решил поместить трубу в бойлер для нагрева воды.

В результате Вебер обеспечил свою семью таким количеством горячей воды, которое они физически не могли использовать, при этом часть теплоты от нагретой воды попадала в воздух.

Это подтолкнуло его к мысли, что от одного источника теплоты можно нагревать и воду, и воздух одновременно.

Поэтому Вебер усовершенствовал своё изобретение и начал прогонять горячую воду по спирали (через змеевик) и с помощью небольшого вентилятора распространять теплоту по дому с целью его отопления.

Со временем именно у Вебера появилась идея «выкачивать» теплоту из земли, где температура не слишком изменялась в течение года. Он поместил в грунт медные трубы, по которым циркулировал фреон, который «собирал» теплоту земли.

Газ конденсировался, отдавал свою теплоту в доме, и снова проходил через змеевик, чтобы подобрать следующую порцию теплоты. Воздух приводился в движение с помощью вентилятора и распространялся по дому.

В следующем году Вебер продал свою старую угольную печь.

В 40-х годах ХХ века тепловой насос стал известен из-за своей эффективности, но потребность в нём возникла в 70-х годах ХХ века в связи с появлением в мире интереса к энергосбережению.

Типы тепловых насосов

В зависимости от принципа работы тепловые насосы подразделяются на компрессионные и абсорбционные.

Компрессионные тепловые насосы всегда приводятся в действие с помощью механической энергии (электроэнергии), в то время как абсорбционные тепловые насосы могут также использовать теплоту в качестве источника энергии (с помощью электроэнергии или топлива).

В зависимости от источника отбора теплоты тепловые насосы подразделяются на:

1) геотермальные (используют теплоту земли, наземных либо подземных грунтовых вод);

2) воздушные (источником отбора теплоты является воздух);

3) использующие производную (вторичную) теплоту (например, теплоту трубопровода центрального отопления). Подобный вариант является наиболее целесообразным для промышленных объектов, где есть источники паразитной теплоты, которая требует утилизации.

Геотермальный тепловой насос может быть:

— замкнутого типа (горизонтальным, вертикальным или водным);

— открытого типа;

— с непосредственным теплообменом.

Рис. 1. Геотермальный тепловой насос

Рис. 2. Воздушный тепловой насос

Геотермальные тепловые насосы имеют такое устройство.

а) замкнутого типа:

горизонтальные:

Коллектор размещается кольцами или извилисто в горизонтальных траншеях ниже глубины промерзания грунта (обычно от 1,2 м и более). Такой способ является наиболее экономически эффективным для жилых объектов при условии отсутствия дефицита земельной площади под контур.

вертикальные:

Коллектор размещается вертикально в скважины глубиной до 200 м. Этот способ применяется в случаях, когда площадь земельного участка не позволяет разместить контур горизонтально или существует угроза повреждения ландшафта.

водные:

Коллектор размещается извилисто либо кольцами в водоёме (озере, пруду, реке) ниже глубины промерзания. Это наиболее дешёвый вариант, но есть требования по минимальной глубине и объёму воды в водоёме для конкретного региона.

с непосредственным теплообменом (DX — сокращенно от английского «direct exchange» — «прямой обмен»).

В отличие от предыдущих типов, хладагент компрессором теплового насоса подаётся по медным трубкам, расположенным:

— вертикально в скважинах длиной 30 м и диаметром 80 мм;

— под углом в скважинах длиной 15 м и диаметром 80 мм;

— горизонтально в грунте ниже глубины промерзания.

Циркуляция хладагента компрессором теплового насоса и теплообмен фреона напрямую через стенку медной трубы с более высокими показателями теплопроводности обеспечивает высокую эффективность и надёжность геотермальной отопительной системы.

б) открытого типа:

Подобная система использует в качестве теплообменной жидкости воду, циркулирующую непосредственно через систему геотермального теплового насоса в рамках открытого цикла, то есть вода после прохождения по системе возвращается в землю. Этот вариант возможно реализовать на практике лишь при наличии достаточного количества относительно чистой воды и при условии, что такой способ использования грунтовых вод не запрещён законодательством.

Рис. 3. Схема компрессионного теплового насоса: 1 — конденсатор; 2 — дроссель; 3 — испаритель; 4 — компрессор

Промышленные модели тепловых насосов по виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на восемь типов: «грунтвода», «вода-вода», «воздух-вода», «грунт-воздух», «вода-воздух», «воздух-воздух» «фреон-вода», «фреон-воздух». Тепловые насосы могут использовать теплоту выпускаемого из помещения воздуха, при этом подогревать приточный воздух (рекуператоры).

1. Отбор теплоты от воздуха

Эффективность и выбор определённого источника тепловой энергии сильно зависят от климатических условий, особенно, если источником отбора тепла является атмосферный воздух. По сути, этот тип более известен в виде кондиционера. В жарких странах таких устройств десятки миллионов.

Для северных стран наиболее актуален обогрев зимой. Системы «воздух-воздух» и «воздух-вода» используются и зимой при температурах до минус 25 градусов, некоторые модели продолжают работать до -40 градусов.

Но их эффективность невысока, порядка в 1,5 раза от затрат энергии, а за отопительный сезон в среднем около 2,2 раза по сравнению с электрическими нагревателями. При сильных морозах используется дополнительное отопление.

Когда мощности основной системы отопления тепловыми насосами недостаточно, включаются дополнительные источники теплоснабжения. Такую систему называют бивалентной.

2. Отбор теплоты от горной породы

Скальная порода требует бурения скважины на достаточную глубину (100-200 метров) или нескольких таких скважин. В скважину опускается U-образный груз с двумя пластиковыми трубками, составляющими контур. Трубки заполняются антифризом. По экологическим соображениям это 30 % раствор этилового спирта.

Скважина заполняется грунтовыми водами естественным путём, и вода проводит теплоту от камня к теплоносителю. При недостаточной длине скважины или попытке получить от грунта сверхрасчётную мощность, эта вода и даже антифриз могут замёрзнуть, что и ограничивает максимальную тепловую мощность таких систем.

Именно температура возвращаемого антифриза и служит одним из показателей для схемы автоматики. Ориентировочно на 1 погонный метр скважины приходится 50-60 Вт тепловой мощности. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходима скважина глубиной около 170 м.

Нецелесообразно бурить глубже 200 метров, дешевле сделать несколько скважин меньшей глубины через 10- 0 метров друг от друга. Даже для сравнительно небольшого дома площадью в 110-120 м2 при небольшом энергопотреблении срок окупаемости 10-15 лет.

Почти все имеющиеся на рынке установки работают и летом, при этом теплота (по сути солнечная энергия) отбирается из помещения и рассеивается в породе или грунтовых водах. В скандинавских странах со скальным грунтом гранит выполняет роль массивного радиатора, получающего теплоту летом (днём) и рассеивающего его обратно зимой (ночью). Также теплота постоянно приходит из недр Земли и от грунтовых вод.

3. Отбор теплоты от грунта

Самые эффективные, но и самые дорогие схемы предусматривают отбор теплоты от грунта, температура которого не меняется в течение года уже на глубине нескольких метров, что делает установку практически независимой от погоды.

По данным 2006 года, в Швеции полмиллиона установок, в Финляндии 50000, в Норвегии устанавливалось в год 70000.

При использовании в качестве источника теплоты энергии грунта трубопровод, в котором циркулирует антифриз, зарывают в землю на 30-50 см ниже уровня промерзания грунта в данном регионе. 

На практике — на 0,7 — 1,2 метра. Минимальное рекомендуемое производителями расстояние между трубами коллектора — 1,5 метра, минимум —

1,2. Бурение не требуется, но нужны более обширные земельные работы на большой площади и трубопровод более подвержен риску повреждения. Эффективность такая же, как при отборе теплоты из скважины. Специальной подготовки почвы не требуется. Но желательно использовать участок с влажным грунтом, если же он сухой, контур надо сделать длиннее.

Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 м трубопровода: в глине — 50-60 Вт, в песке — 30-40 Вт для умеренных широт, на севере значения меньше. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходим земляной контур длиной 350-450 м, для укладки которого потребуется участок земли площадью около 400 м2 (20х20 м).

При правильном расчёте контур мало влияет на зелёные насаждения.

Преимущества и недостатки тепловых насосов

К преимуществам тепловых насосов в первую очередь следует отнести экономичность: для передачи в систему отопления 1 кВтч тепловой энергии установке необходимо затратить всего 0,2-0,35 кВтч электроэнергии.

Так как преобразование тепловой энергии в электрическую на крупных электростанциях происходит с КПД до 50 %, эффективность использования топлива при применении тепловых насосов повышается. Упрощаются требования к системам вентиляции помещений и повышается уровень пожарной безопасности.

Все системы функционируют с использованием замкнутых контуров и практически не требуют эксплуатационных затрат, кроме стоимости электроэнергии, необходимой для работы оборудования.

Рис. 4. Схема использования теплоты от теплового насоса в доме

Рис. 5. Схемы тепловых насосов

Ещё одним преимуществом тепловых насосов является возможность переключения с режима отопления зимой на режим кондиционирования летом: просто вместо радиаторов к внешнему коллектору подключаются фэн-койлы или системы «холодный потолок».

Тепловой насос надёжен, его работой управляет автоматика. В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют особых навыков и описаны в инструкции.

Важной особенностью системы является её сугубо индивидуальный характер для каждого потребителя, который заключается в оптимальном выборе стабильного источника низкопотенциальной энергии, расчете коэффициента преобразования, окупаемости и прочего.

Тепловой насос компактен (его модуль по размерам не превышает обычный холодильник) и практически бесшумен.

К 2012 году в Японии работали более 3,5 миллионов установок, в Швеции около 500 тысяч домов обогревается тепловыми насосами.

Недостатки геотермальных тепловых насосов, используемых для отопления, — большую стоимость установленного оборудования, необходимость сложного и дорогого монтажа внешних подземных или подводных теплообменных контуров.

Недостаток воздушных тепловых насосов — более низкий коэффициент преобразования теплоты, связанный с низкой температурой кипения хладагента во внешнем «воздушном» испарителе.

Общий недостаток тепловых насосов — сравнительно низкая температура нагреваемой воды, в большинстве не более +50 °С +60 °С, причём, чем выше температура нагреваемой воды, тем меньше эффективность и надёжность теплового насоса.

Источник: http://www.eti.su/articles/over/over_1540.html

Виды систем отопления, классификация, плюсы, минусы

Многообразие тепловых насосов для отопления: подробная классификация

Для того чтобы в холодный зимний период обеспечить в жилом помещении необходимые условия для проживания, нужна система, которая помогала бы поддерживать нужный температурный режим.

Система отопления является наиболее удачным инженерным решением данной проблемы.

Отопительная система поможет поддерживать в доме комфортные условия на протяжении всего холодного периода, но следует знать, какие бывают системы отопления в современности.

Не самый лучший способ обогрева своего дома

Системы отопления могут различаться в зависимости от разных критериев.

Существуют такие основные виды систем отопления, как: воздушное отопление, электрическое отопление, водяное отопление, водяные теплые полы, и другие. Несомненно, важным вопросом является выбор вида системы отопления для своего жилища.

Классификация систем отопления включает множество видов. Рассмотрим основные из них, а также проведем сравнение видов топлива для отопления.

Водяное отопление

Среди всей классификации систем отопления наибольшей популярностью пользуется водяное отопление. Технические преимущества такого отопления были выявлены в результате многолетней практики.

Несомненно, на вопрос, какие виды отопления бывают, именно водяное отопление первым приходит на ум. Водяное отопление обладает такими преимуществами, как:

  • Не очень большая температура поверхности различных приборов и труб;
  • Обеспечивает одинаковую температуру во всех помещениях;
  • Экономится топливо;
  • Повышены эксплуатационные сроки;
  • Бесшумная работа;
  • Простота в обслуживании и ремонте.

Главным компонентом системы водяного отопления является котел. Такое устройство необходимо для того чтобы нагревать воду. Вода является в таком виде отопления теплоносителем. Она циркулирует по трубам замкнутого типа, а потом тепло передается в различные отопительные компоненты, а от них уже обогревается все помещение.

Составные части водяного отопления

Наиболее простым вариантом является циркуляция естественного типа. Такая циркуляция достигается благодаря тому, что в контуре наблюдается разное давление. Однако такая циркуляция может быть и принудительного характера. Для подобной циркуляции водяные варианты отопления должны быть оснащены одним или несколькими насосами.

После того, как теплоноситель проходит по всему контуру отопления, он полностью охлаждается и возвращается назад в котел. Здесь он снова нагревается и, таким образом, снова позволяет отопительным приборам выделять тепло.

Классификация систем водяного отопления

Водяной тип отопления может различаться по таким критериям, как:

  • метод циркуляции воды;
  • расположение магистралей разводящего типа;
  • конструкционные особенности стояков и схема, по которой соединяются все приборы обогрева.

Наибольшую популярность обретает система отопления, где циркуляция воды происходит посредством насоса. Отопление с циркуляцией воды естественного плана в последнее время применяется крайне редко.

В насосной отопительной системе нагрев теплоносителя может иметь место и благодаря водогрейной котельной, или термо воды, которая поступает из ТЭЦ. В отопительной системе вода может нагреваться даже посредством пара.

Водяное отопление с циркуляционным насосом

Прямоточное соединение используют тогда, когда допустима в системе подача воды с очень высокой температурой. Такая система будет стоить не так дорого, расход металла будет несколько меньше.

Минусом прямоточного присоединения считается зависимость теплового режима от «обезличенной» температуры теплоносителя в подающем тепловоде наружного типа.

Воздушное отопление

Такие виды отопления различных помещений считаются одними из самых старых. Впервые подобную систему применяли еще до нашей эры. На сегодняшний день такая отопительная система получила широкое распространение – как в общественных помещениях, так и производственных.

Воздушное отопление частного дома

Популярностью для обогрева зданий также пользуется нагретый воздух. При рециркуляции такой воздух может подаваться в помещение, где происходит процесс смешивания с внутренним  воздухом и, таким образом, воздух охлаждается до температуры помещения и снова нагревается.

Воздушное отопление может быть местного характера, в случае если в здании нет центральной приточной вентиляции, или же если поступающее количество воздуха меньше, чем необходимо.

В системах воздушного отопления нагревание воздуха происходит за счет калориферов. Первичный отопитель для таких компонентов является горячий пар или вода. Для того чтобы прогреть воздух в помещении, можно использовать и другие приборы для отопления или любые источники тепла.

Местное воздушное отопление

При вопросе, какое бывает отопление, местное отопление часто приравнивается только к производственным помещениям. Приборы местного отопления используются для таких помещений, которые используются лишь в определенные периоды, в помещениях вспомогательного характера, в помещениях, которые сообщаются с наружными воздушными потоками.

Главными приборами системы местного отопления являются вентилятор и нагревательный прибор. Для воздушного отопления могут применяться такие устройства и приборы, как: воздушно-отопительные устройства, тепловые вентиляторы или тепловые пушки. Такие приборы работают на принципе воздушной рециркуляции.

Центральное воздушное отопление

Центральное воздушное отопление делается в помещениях любого плана, если здание располагает центральной системой вентиляции.

Такие типы систем отопления можно организовать по трем различным схемам: с прямоточной рециркуляцией, с частичной или полной рециркуляцией.

Полная рециркуляция воздуха может использоваться, в основном, в нерабочие часы для дежурных видов отопления, или для того чтобы обогреть помещение перед началом рабочего дня.

Центральное воздушное отопление

Однако отопление по такой схеме может иметь место, если оно не противоречит никаким правилам противопожарной безопасности или основным требованиям гигиены.

Для такой отопительной схемы должна быть использована система приточной вентиляции, но воздух будет забираться не с улицы, а с тех помещений, которые отапливаются.

В центральной воздушной отопительной системе применяются такие конструктивные виды приборов отопления, как: радиаторы, вентилятор, фильтры, воздуховоды и другие приборы.

Воздушные занавесы

Холодный воздух может поступать в большом количестве с улицы, если в доме слишком часто открываются входные двери.

Если не предпринять ничего для того чтобы ограничить количество холодного воздуха, который проникает в помещение, или не обогревать его, то он может негативно сказаться на температурном режиме, который должен соответствовать норме. Чтобы предотвратить данную проблему, можно в открытом дверном проеме создать воздушный занавес.

Во входах зданий жилого или офисного плана можно установить низкорослый воздушно-тепловой занавес.

Ограничить количество поступающего холодного воздуха снаружи здания имеет место благодаря конструктивным изменением входа в помещение.

Электрические воздушные завесы

Все большей популярностью в последнее время пользуются воздушно-тепловые занавесы компактного типа. Самыми эффективными занавесами считаются занавесы «щиберующего» вида.

Такие занавесы создают струйную воздушную преграду, которая защитит открытый дверной проем от проникновения холодных воздушных потоков.

Как показывает сравнение видов отопления, такой занавес позволяет сократить потери тепла почти в два раза.

Электрическое отопление

Нагрев помещения имеет место благодаря распределению воздуха, проходящего через приборную панель без того, чтобы нагревалась ее лицевая сторона. Это полностью обезопасит от различных ожогов и предотвратит любое возгорание.

Посредством электрических конвекторов можно обогреть любой тип помещения, даже если у вас имеется всего один источник энергии, такой как электричество.

Такие виды систем отопления зданий не требуют больших затрат для установки или ремонта, к тому же, могут обеспечить максимальный комфорт. Электрический конвектор можно просто поставить в определенное место и подключить его к питанию сети. Делая выбор системы отопления, можно обратить внимание на данный тип – довольно эффективный.

Электрический настенный конвектор

Принцип действия

Холодный воздух, который находится в нижней части здания, проходит через нагревательный компонент конвектора. Затем его объем увеличивается и он уходит вверх через выходные решетки. Обогревательный эффект имеет место и благодаря дополнительному излучению тепла с передней стороны панели электрического конвектора.

Принцип действия электрического конвектора

Уровень комфорта и экономичность такой обогревательной системы достигается благодаря тому, что в электрических конвекторах применяется электронная система, которая помогает поддерживать определенную температуру.

Нужно всего-навсего установить необходимый температурный показатель и датчик, который установлен в нижней области панели начнет через заданный период времени определять температуру воздуха, который проникает в помещение. Датчик подаст сигнал на термостат, который в свою очередь подключит или наоборот выключит обогревательный элемент.

Посредством такой системы для поддержания определенной температуры, которая даст возможность соединить электрические конвекторы в разных помещениях, для того чтобы обогреть целое здание.

Какая система лучше

Конечно же, вопрос какая система отопления лучше является нецелесообразным, так как та или иная система является эффективной в определенных условиях. Сравнение систем отопления следует производить, учитывая все их плюсы и минусы, ориентируясь на условия установки и собственные возможности.

Рассмотрев, какие системы отопления существуют, можно сделать для себя определенные выводы. Но в целом, лучшим вариантом станет посоветоваться с профессионалами.

Источник: https://otoplenie-doma.org/vidy-sistem-otopleniya.html

Тепловой насос — для отопления дома, принцип действия

Многообразие тепловых насосов для отопления: подробная классификация

Тепловой насос — универсальный агрегат, в котором по функциям совмещены качества кондиционера, устройства для нагрева жидкости и отопительного котла. В таком агрегате не применяется традиционное топливо, для его функционирования требуются возобновляемые источники из природной среды – энергия воздуха, земли, воды.

На данный момент тепловой насос для отопления дома – очень экономически выгодное устройство, потому что его функционирование не связано с ценами на топливо, также экологичный, потому что источником тепла становится не электрический ток или продукты горения, а естественные тепловые источники.

Принцип работы теплового насосного оборудования

Чтобы лучше понимать, как работают тепловые насосы для отопления дома, вспомните принцип функционирования холодильника. В нём происходит испарение рабочего вещества и отдача холода. А в насосном оборудовании наоборот, происходит его конденсация и продуцирование тепла.

Принцип работы теплового насоса для отопления дома строится на цикле Карно, названного в честь его изобретателя. После прохождения теплоносителя через рабочий контур – земляной,воздушный, водяной, их сочетание, он устремляется в первый теплообменник – камеру испарения. Здесь происходит передача накопленного тепла холодильному агенту, который циркулирует во внутреннем контуре агрегата.

Принцип работы теплового насоса

Жидкий холодильный агент поступает в камеру испарения, где из-за низких уровней температуры (50°C) и давления происходит его переход в состояние газа. Следующая стадия – поступление газа в компрессор и сжатие газа.

В итоге происходит резкое увеличение температуры газа, он поступает в конденсатор, там происходит его обмен теплом с отопительной системой. Происходит переход охлажденного газа в жидкость, и повторение цикла.

к меню ↑

Какие плюсы и минусы тепловых насосов?

Функционированием теплового насоса для отопления дома возможно управлять с помощью специально поставленных регуляторов температуры.

Происходит автоматическое включение насоса при уменьшении температуры среды меньше определённого уровня и его отключение при превышении заданного уровня температуры.

Тем самым с помощью тепловых насосов поддерживается неизменная температура в жилище, что является преимуществом агрегатов.

Достоинствами оборудования является экономичность-потребление  небольшого количества электрической энергии и его безопасность для окружающего пространства. Главные преимущества оборудования:

  • надёжность. Период эксплуатации составляет больше 15 лет, все компоненты системы имеют высокий рабочий ресурс, при перепадах энергии вред системе не наносится;
  • безопасность – отсутствие копоти, выхлопов, открытого огня, утечки газа.
  • комфортность – бесшумность функционирования оборудования. Климат-контроль и система автоматики позволяют создать домашний комфорт и уют;
  • гибкость. Устройство характеризуется стильным дизайном, оно совмещается со всякой отопительной системой;
  • универсальность. Используются для гражданского и частного строительства, потому что имеют большой диапазон мощности. Отопление с помощью теплового насоса возможно использовать для множества помещений — и маленьких домов, и коттеджей.

Сложной структурой агрегата определяется его основной недостаток – высокая цена устройства и монтажа. Чтобы установить устройство, необходимо выполнить большой объём земельных работ.

Грунтовые тепловые насосы

к меню ↑

Классификация

Для отопления тепловыми насосами характерен большой температурный диапазон– от -30 до +35 . Самые распространённые агрегаты —  абсорбционного типа (тепло переносится его источником) и компрессионные (рабочая жидкость циркулирует за счет электрической энергии).

Самим экономичным является абсорбционное оборудование, но оно дороже и имеет более сложные конструктивные особенности.

По типу тепловых источников насосы делятся на:

  1. Геотермальные, использующие тепло земли или воды.
  2. Воздушные агрегаты, забирающие тепло из атмосферы.
  3. Устройства вторичного тепла, забирающие производственное тепло, которое образуется на промышленных предприятиях, при отоплении, других производственных процессах.

В качестве теплоносителя применяют:

  • грунтовые воды, воду из естественного или искусственного водоёма;
  • массы воздуха;
  • грунт;
  • сочетание этих носителей.

к меню ↑

Устройства и принцип функционирования геотермального насоса

Геотермальные тепловые насосы для отопления применяют тепло грунта, отбираемое горизонтальным коллектором или вертикальными зондами.

Зонды устанавливают на глубине до 70 м, они находятся на небольшом углублении от поверхности.

Этот тип оборудования самый эффективный, потому что у источника тепла достаточно высокая постоянная круглогодичная температура. Поэтому для транспортировки тепла нужно потратить меньше энергии.

Система теплового насоса

Для установки этого оборудования требуются большие средства. Бурение скважин стоит недёшево. Помимо этого, площадь, которую занимает коллектор, намного больше площади обогреваемого здания. Необходимо учитывать, что землю, где будет стоять коллектор, нельзя будет использовать для огорода или сада – возможно переохлаждение корней растений.
к меню ↑

Применение воды как источника тепла

Водоёмы являются источником большого количества тепла. Насос можно применять в незамерзающих водоемах глубиной от 3 мили в грунтовых водах, если они имеют высокий уровень.

Организовать обогрев можно таким образом: трубу теплообменника с грузом из расчета 5 кг на 1 м погонный, кладут на дно водоема. Длина трубопровода определяется метражом дома. Помещение площадью 100 м. кв.

требует трубы протяжённостью 300 м.

При применении грунтовых вод бурят 2 скважины, которые расположены друг за другом в направлении грунтовых вод. В первую скважину устанавливают насос, который подаёт жидкость на теплообменник. Во вторую скважину подаётся охлажденная жидкость. Это открытая схема, собирающая тепло. Ее главный недостаток  — нестабильность уровня грунтовых вод, и возможно его значительное изменение.
к меню ↑

Воздух – наиболее доступный источник тепла

Если использовать воздух как источник тепла,то теплообменником выступит радиатор, который принудительным образом обдувает вентилятор.

Тепловой насос типа воздух-воздух

Если для отопления частного дома тепловым насосом используется система «воздух-вода», то клиент будет иметь такие преимущества:

  • возможность отапливать всё здание. Вода, которая выступает как теплоноситель, поступает в приборы отопления;
  • минимальные затраты электрической энергии позволят жильцам иметь горячее водоснабжение. Это становится возможным из-за наличия дополнительного теплоизолированного теплообменника с ёмкостью для накопления;
  • подобные устройства могут нагревать воду в бассейнах.

При функционировании насоса по системе «воздух-воздух», теплоноситель для нагрева здания не используется. Воздушный тепловой насос для отопления обогревает дом за счет полученной тепловой энергии.

Такая схема реализована в кондиционере, который установлен на режим обогрева. Сейчас все устройства, которые применяют воздух в качестве источника тепла, – инверторные.

В них переменный ток преобразуется в постоянный, что обеспечивает гибкость управления компрессором и его беспрерывную работу, это увеличивает ресурс агрегата.

Отопление загородного дома тепловым насосом является альтернативой современным отопительным системам. Они экономичные, экологичные и безопасные в применении. Но высокая стоимость монтажа и оборудования не дают возможности для повсеместного применения устройств.

Мы ознакомили вас принципом действия тепловых насосов для отопления дома и подсчитав, сколько стоит оборудование и монтаж, вы можете принять решение о его использовании.
к меню ↑

Виды тепловых насосов и схемы их подключения (видео)

  страница » Насосы

Источник: https://ByreniePro.ru/nasosy/teplovye-dlya-otopleniya.html

Классификация тепловых насосов

Многообразие тепловых насосов для отопления: подробная классификация

Тепловым насосом называется термодинамическая система (техническое устройство), позволяющая трансформировать теплоту с низкого температурного уровня на более высокий при определенных затратах механической (электрической энергии).

Другими словами, тепловой насос — это устройство, позволяющее использовать накопленную в окружающей среде низкопотенциальную энергию на нужды систем отопления, горячего водоснабжения, охлаждения (кондиционирование, хладоснабжение).

Существует достаточно много признаков классификации теплонасосных установок. В Таблице 1 приведены некоторые из них.

Таблица 1. Классификация теплонасосных установок

Признак классификации
1. Принцип действия парокомпрессионные (ПТН);
абсорбционные (АТН).
2. Источники низкопотенциального тепла теплота окружаещего воздуха; теплота водоемов и природных водных потоков (озеро, река и.т.п); теплота грунтовых и подземных вод; теплота грунта (поверхностных и глубинных слоев земли); теплота искусственных источников низкопотенциального тепла: — удаляемый вентиляционный воздух; — канализационные стоки, сточные воды; — промышленные сбросы; — тепло технологических процессов;

— бытовые тепловыделения и.т.п.

3. Типы теплообменников вода — вода; вода — воздух; воздух — воздух; воздух — вода; земля — вода;

земля — воздух.

4. Принцип взаимодействия рабочих сред открытый цикл; замкнутый цикл.
5. Оперативные функции теплового насоса(потребители тепла) система отопления; система ГВС; система подогрева бассейнов; система охлаждения;

интегрированные системы (тепловой насос обеспечивает теплом системы отопления, горячего водоснабжения и охлаждения).

6. Режимы эксплуатации тепловых насосов моновалентный режим; моноэнергетический режим; бивалентный режим: — чередующийся; — параллельный;

— частично параллельный.

1. По принципу действия

в настоящее время определилось два основных направления в развитии тепловых насосов: парокомпрессионные и абсорбционные. Парокомпрессионные тепловые насосы. В парокомпрессионных тепловых насосах подбираются рабочие тела, изменяющие свое агрегатное состояние при необходимых температурах и давлениях.

Они поглощают тепло при испарении и отдают при конденсации. Эти процессы образуют изотермы цикла. Главным компонентом теплового насоса является компрессор, сжимающий пар. В качестве рабочего тепла в данных машинах используются хладоны – преимущественно фторхлор содержащие углеводороды, т.н. фреоны.

Абсорбционные тепловые насосы. В абсорбционных тепловых насосах процессы переноса теплоты совершаются с помощью совмещенных прямого и обратного термодинамического циклов, в отличие от парокомпрессионных насосов, в которых рабочее тело (хладон) совершает только обратный термодинамический цикл.

Абсорбционные тепловые насосы подразделяются на два основных вида — водоаммиачные и солевые. В водоаммиачных машинах абсорбентом является вода, а хладагентом аммиак. В солевых машинах абсорбентом является водный раствор соли, а хладагентом вода.

В мировой практике в настоящее время применяют преимущественно солевые теловые насосы, в которых абсорбентом является водный раствор соли бромистого лития (H2O/LiBr).

2. Источники низкопотенциального тепла

Тепловой насос предназначен для использования энергии, получаемой от источника тепла низкой температуры. Тепловые, энергетические и экономические характеристики тепловых насосов тесно взаимосвязаны с характеристиками источников, из которых насосы берут тепло.

Идеальный источник тепла должен давать стабильную высокую температуру в течение отопительного сезона, не быть коррозийным и загрязняющим, иметь благоприятные теплофизические характеристики, не требовать существенных инвестиций и расходов по обслуживанию.

В большинстве случаев имеющийся источник тепла является ключевым фактором, определяющим эксплуатационные характеристики теплового насоса.

В качестве источников тепла в небольших системах на базе тепловых насосов широко используются наружный и отводимый воздух, почва и подпочвенная вода, для систем большой мощности применяются морская, озерная и речная вода, геотермические источники и грунтовые воды.

Теплота окружаещего воздуха

Теплота окружающего воздуха, как источника низкопотенциальной теплоты, характеризуется, как правило, сезонными и краткосрочными колебаниями температуры в зависимости от погодных условий, что влечет за собой колебания режимов работы теплового насоса, снижающие его эффективность.

В силу технических причин, теплонасосные установки использующие энергию накопленную в воздухе имеют серьезное ограничение в применении: минимальная температура наружного воздуха при которой возможна работа теплонасосной установки (Thermia Atria) составляет — 20 ºС, при снижении температуры наружного воздуха до -10 ºС, установка ступенями подключает электрические ТЭНы, соответственно коэффициент преобразования (КПД теплового насоса) снижается. Таким образом, при температуре наружного воздуха -20 ºС и ниже, по сути, работает только электрический нагрев. Таким образом, теплоту окружающего воздуха целесообразно использовать в климатических зонах с достаточно высокой (не ниже +5 °С) температурой и со стабильными погодными условиями.

Для климатической зоны г. Москвы с колебаниями температуры воздуха в отопительный период от 0 °С до -30 °С, что определяется высокой циклонической деятельностью в этот период, применение этого низкопотенциального источника не целесообразно.

Теплота водоемов и природных водных потоков

Температура воды в водоемах и водных потоках на поверхности земли подвержена сезонным изменениям в соответствии со средней температурой окружающего воздуха, причем наиболее низкая температура приходится на конец периода максимальной тепловой нагрузки.

Использование естественных источников в качестве аккумуляторов теплоты невозможно. Однако специально созданные искусственные водоемы можно использовать как тепловые аккумуляторы, предусмотрев при этом мероприятия от размножения водной флоры и фауны, чему могут способствовать периоды повышенной температуры воды.

Теплота грунтовых и подземных вод

Грунтовые и подземные воды обладают достаточно высокой теплоотдачей и имеют постоянную температуру, что обеспечивает эффективность и стабильность режимов работы тепловых насосов.

Необходимо отметить, что использование этих источников связано с более интенсивным вмешательством в гидрологический режим недр и требует согласования с соответствующими службами.

Подземные воды, так же как и поверхностные слои земли, могут быть использованы в качестве источника тепла для отопления и горячего водоснабжения индивидуальных домов, многоквартирных зданий и районных котельных.

Температура подземных вод обычно является постоянной на глубине 15 — 20 м, и для Москвы и Московской области составляет 6-8 °С. Возможности использования тепловых насосов на грунтовых и подземных водах ограничены территориями, где температура этих вод меньше +4,5 °С.

Следует также учесть, что использование грунтовых и подземных вод в качестве аккумулятора теплоты невозможно.

Теплота грунта

Грунт поверхностных слоев земли фактически представляет собой тепловой аккумулятор неограниченной емкости, тепловой режим которого формируется под воздействием солнечной радиации и потока радиогенного тепла, поступающего из земных недр.

Падающая на земную поверхность солнечная радиация и сезонные изменения ее интенсивности оказывают влияние на температурный режим слоев грунта, залегающих на глубинах 10 — 20 метров.

Температурный режим слоев грунта, расположенных ниже глубин проникновения тепла солнечной радиации, формируется только под воздействием тепловой энергии, поступающей из недр земли, и практически не зависит от сезонных, а тем более суточных изменений параметров наружного климата.

Таким образом, на сравнительно небольшой глубине от поверхности имеются слои грунта, температурный потенциал которых в холодное время года значительно выше, чем у наружного воздуха, а в жаркое время года — значительно ниже. Грунт поверхностных слоев земли, в связи с его повсеместной доступностью и достаточно высоким температурным потенциалом, является наиболее перспективным источником тепловой энергии низкого потенциала для теплонасосных установок.

Необходимо отметить, что использование глубинных слоев грунта (скважиной теплообменник) в качестве источника низкопотенциального тепла является идеальным вариантом, при котором возможно использование теплового насоса для хладоснабжения (кондиционирования).

Теплота искусственных источников низкопотенциального тепла

Тепловые насосы, использующие тепло выбрасываемого вентиляционными системами воздуха, температура которого составляет порядка +20 °С и мало изменяется в течение года, могут быть установлены в многоквартирных и индивидуальных зданиях.

Это позволяет получить более высокий коэффициент преобразования тепла по сравнению с другими источниками низкопотенциального тепла.

С другой стороны, вентиляционный воздух является сравнительно ограниченным источником тепла и экономически невыгодно увеличивать воздушный вентиляционный поток, так как в результате это приведет к увеличению потребности в теплоснабжении.

В данном случае, как и для тепловых насосов, использующих наружный воздух, стоимость источника тепла ниже, чем для большинства других типов тепловых насосов. Среднегодовой коэффициент преобразования тепла в таких системах составляет от 3 до 4, что подтверждает целесообразность их применения как для горячего водоснабжения, так и для отопления.

Сточные воды, подобно внешнему воздуху, являются низкотемпературным источником тепла, который особенно удобен для использования тепловыми насосами. Сточные воды при температуре порядка +20 °С летом и редко менее +8 °С зимой имеются, как правило, во всех городских застройках. В очищенном либо необработанном виде они могут использоваться как источник тепла.

Неочищенные сточные воды обычно имеют большую температуру, их источник расположен, как правило, вблизи расположения теплого насоса, но их применение часто приводит к засорению трубопроводов и блокированию теплообменных поверхностей.

Сезонный коэффициент преобразования тепла таких установок высок (2,5 — 3,5), и, соответственно, экономические показатели достаточно хорошие.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.