Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия, преимущества и разновидности оборудования

Содержание

Виды тепловых насосов для отопления дома

Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия, преимущества и разновидности оборудования

Западные страны уже давно перешли на тепловые насосы во всех сферах жизни, обогнав тем самым Россию. Туда им и дорога. У них уже долгие годы доступны в продаже насосы, тогда как в России данная технология появилась пару лет назад. Особенности работы заключается в трансформации появившейся энергии при помощи земных вод, земли и воздуха.

Бытовой теплонасос

Вначале стоит разобрать, что же такое теплонасос. Тепловым насосом называется система, которая используется для переноса тепловой энергии от одного источника к другому, при этом температура последнего заметно возрастает. Это является альтернативой всем другим источникам добычи энергии. Тепловые насосы помогают очень дешево получить тепловую энергию, не затронув окружающую среду.

Бытовой теплонасос работает по свойству, что тело, которое обладает температурой, выше или равной абсолютному нулю, несет в себе запасы энергии тепла. Запас можно легко подсчитать, если знать массу и теплоемкость тела.

И, если в этом ракурсе вернуться к морям, океанам, любым водам, которые обладают сумасшедшей массой, то можно понять очевиднейшую вещь, они содержат в себе великие запасы энергии тепла, которые можно начать использовать, не нанося ущерб окружающей среде.

Однако просто так забрать энергию не получиться, вначале нужно понизить ее температуру.

Виды тепловых насосов

Тепловые насосы разделяются на несколько видов. Первый вид (тип) в классификации по способу передачи тепловой энергии:

Компрессионный. Основными установочными элементами являются – компрессора, конденсаторы, расширители и испарители. Данный вид насосов очень качественный и эффективный, что обуславливает то, что он пользуется большой популярностью на рынке.

Абсорбционный. Новейшее поколение теплонасосов. Они используют в своей работе абсорбент-хладон. Благодаря этому, качество работы повышается в несколько раз.

Можно выделить виды тепловых насосов по источникам тепла, а именно:

  • Энергия тепла созидается грунтом (на фото);
  • Водой;
  • Потоками воздуха
  • Повторное тепло. Добывают из стоков воды, грязного воздуха или канализационных стоков.

По типам входных—выходных контуров:

  • air-to-air. Насос берёт холодный воздух, опускает его температуру, получает требуемое тепло, которое передает туда, где требуется отопление.
  • water-to-water. Насос берёт тепло грунтовой воды, которое  отдает воде для обогрева помещения.
  • water-to-air. Из воды в воздух. Характерно использование зондов и скважины для воды, а отопление происходит через систему воздушного отопления.
  • air-to-water. Из воздуха в воду. Насосы этого типа используют тепло из атмосферы для отопления водой.
  • soil-water. В этом виде, тепло берут из труб с водой, уложенных в землю. Забирается тепло с земли (грунта).
  • ice-water. Интересный вид тепловых насосов. Чтобы нагреть воду для отопления помещения используется прием получения льда, при котором освобождается колоссальная тепловая энергия. Если заморозить до 200 литров воды, то можно получить энергию, способную обогреть средних размеров в течение минут 40-60.

Эффективность тепловых насосов для отопления

Чтобы разобраться в вопросе, эффективен ли тепловой насос, нужно рассчитать, сколько энергии он дает и сколько забирает.

Чтобы быть эффективным, он давать должен больше, чем забирать. Такое соотношение принято называть коэффициент преобразования.

Он меняется, если меняется разность температур входных и выходных контуров. Если снаружи температура будет опускаться, то насос будет становиться менее эффективным. Разные виды тепловых насосов получают разный коэффициент преобразования, который может быть в пределе от одного до пяти. Чтобы точно понять и выставить оценку нужно знать параметры эффективности за год.

Высчитать, эффективен ли конкретный насос очень сложно, ведь есть зависимость от большого количества переменных. А получить такую формулу, чтоб было возможно применять во всех случаях, нереально.

Именно из-за этого любой случай должен быть осмотрен специалистами в этой области, которые смогут решить поставленную задачу и выход из ситуации.

Где применяют

Применение тепловых насосов вызвано желанием сэкономить деньги, так как другие варианты обходятся очень дорого.

Они все больше и больше приобретают известность и популярность, как в домашних условиях, так и в промышленных, и это связано со следующими факторами:

  • ТН экономны. Тратят порядка 0,2-0,3 кВт\час, тогда как приносят порядка 1 кВт\час.
  • Удобны в использовании.
  • Возможно переключение между зимними и летними режимами.
  • Размеры компактны, быстро и легко устанавливается и работает без шума, что дает ему сто очков форы для людей, живущих в собственных домах.

Инфа

Европейская ассоциация по тепловым насосам предоставила свои данные, по которым видно, что еще несколько лет назад основной источник сбыта был во французских землях.

 Но за последние годы производство стало расширяться, нужны были новые рынки для сбыта товара, и он начал поставляться в Англию, Испанию и часть Европы.

По прогнозам, до 2023 года все развитые страны начнут на постоянной основе использовать насосы. Удачи им.

Недостаток ТН

Единственное отрицательное свойство заключается в том, что они нагревают воду не сильно. Обычно температура достигает порядка 50-60 градусов по Цельсию. 

Цена тепловых насосов

Есть мнение, и оно очень спорное, что вариант отопления с тепловым насосом, намного дешевле и выгоднее газового отопления. Для того чтобы заработало газовое отопление необходимо получить кучу документов, дающих на это добро, это без учета установки котла, дымохода и вентиляции. Это всё, на сегодня, влетит в большую копеечку.

Установив тепловой насос, вы избавитесь от данных проблем и существенно потратитесь. К примеру, вы имеете дом в Подмосковье, и, чтобы установить газовое отопление, необходимо потратить около 20 тысяч долларов, и то, это при условии, что вы находитесь в пределах одного км от трубы, так как в ином случаи цена вырастет в разы.

Теперь возьмем для примера тепловой насос. Его полная установка обойдется вам в 15 тысяч долларов, и до 3 недель ожидания пока вам его привезут и установят. Согласитесь, на бумаге выходит значительно дешевле и быстрее.

Однако никто не отменял проблемы с разрешением на глубинное бурение, необходимость больших площадей для геотермального насоса. Проблем для тепловых насосов в России будет масса и о них в следующей статье.

Вывод

В статье я показал, виды тепловых насосов, которые можно использовать для отопления дома.

Если внимательно читали всё, что было описано выше, то можете прийти к выводу, что тепловой насос — это эффективный и дешевый способ держать отопление и водоснабжение в доме.

Однако моё мнение, что в России у всех должно быть доступное, дешёвое газовое отопление, без «европейских эко заморочек» добывать тепло из говна.

©Obotoplenii.ru

Еще статьи

  • сайта
  • Назад на главную

Источник: https://obotoplenii.ru/teplovye-nasosy/vidy-teplovykh-nasosov-dlya-otopleniya-doma

Тепловые насосы для отопления дома: типы, принцип действия

Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия, преимущества и разновидности оборудования

Для поддержания оптимальной температуры воздуха внутри помещения независимо от температуры окружающей среды предназначена система отопления. Это комплекс элементов, которые получают, транспортируют и передают ко всем помещениям определённое количество тепла. Различают теплоносители:

  • первичный – передаёт тепло от системы получения энергии к тепловому носителю;
  • вторичный – передаёт теплоту помещению посредством отопительных приборов.

Система отопления дома – одно из важных и необходимых условий устройства зданий. Включает 3 элемента:

  • источник тепловой энергии;
  • коммуникации (теплопроводы);
  • отопительные приборы (радиаторы).

Бытовые насосы и их виды

Уже более двух тысяч лет человечество использует насосное оборудование. За это время оно постоянно усовершенствовалось и приобрело множество модификаций, из которых можно выделить две основные группы:

Насосами откачивают воду из скважин, недр земли, колодцев, выгребных ям, увеличивают в гидравлических системах давление воды. Бытовые насосы могут быть с электрическим источником питания, с двигателем внутреннего сгорания или ручными.

Самое главное достижение в использовании насосного оборудования – это возможность полностью исключить необходимость использования твёрдого топлива, газа и других покупаемых источников теплоты.

В Европе владельцы своих домов стремятся к обустройству системы отопления, работающей за счёт природной энергии посредством тепловых насосов. Для отечественного рынка установка таких систем — новинка.

Тепловые насосы могут быть частью интегрированных систем, обогревающих и охлаждающих помещения. Модифицируются ТН (тепловых насосов) в зависимости от источника энергии (вода, земля, воздух).

Устройство теплового насоса

Теплонасос – это холодильник, который переносит тепло изнутри наружу.

Такая система включает:

  • тепловой насос;
  • оборудование забора (геотермальные зонды, коллекторы);
  • систему распределения тепла (радиаторы, тёплый пол, стены).

Тепловой насос состоит из:

  • испарителя;
  • конденсатора;
  • расширительного клапана (расширительного вентиля, понижающего давление за счёт разжижения газа);
  • компрессора (который сжижает газ и повышает давление).

Общая модель показывает принцип работы системы. Чтобы проще понять весь процесс, будем исходить от простого к сложному. Сначала представим замкнутый контур с газом, приводимым в движение компрессором.

Добавив расширительный клапан, в системе будет образовано две области: с повышенным и пониженным давлением. Будучи сжимаемым, газ нагревается, а при снижении давления – охлаждается.

Причём наиболее высокая температура газа отмечается сразу при выходе из компрессора, а самая низкая температура газа в системе – в точке выхода из расширительного клапана.

Добавив в систему два теплообменника, с одной стороны нагретый газ через теплообменник-конденсатор будет часть тепла отдавать потребителю, с другой – уже охлаждённый посредством теплообменника-испарителя будет поглощать тепло от внешнего источника. Эта модель обладает функциями теплового насоса.

Полноценный вид ТН представляет собой после подключения к источнику низкотемпературного тепла (геотермальным зондам) и системе отопления (радиаторам, тёплым полам и стенам).

В промежуточном контуре циркулирует охлаждающая жидкость (хладагент), температура кипения которого чуть выше -5 °С. В одной части цикла он представляет собой жидкость, а в другой – газ.

Обычно используется фреон. Первоначально он находится в жидком состоянии. По мере нагревания его температура поднимается. Нагреваясь, фреон превращается в газ с температурой около пяти градусов.

Далее по цепи газ поступает в компрессор, сжимающий его. В результате на выходе выделяется максимально возможное для установки количество тепла (от +35 до +60-65°С). После горячий газ поступает в конденсатор, где происходит передача тепла от теплоносителя контурам системы обогрева помещения.

Отдав большую часть тепловой энергии, газообразный фреон поступает в расширительный клапан. Проходя через этот вентиль, резко падает давление и температура, значения которых в точке выхода из клапана имеют наименьшие значения в цикле.

Затем движение повторяет круг.

Альтернативное топливо для тепловых насосов

В таком инженерном решении, как тепловой насос, представлена удивительная возможность получать тепло из неиссякаемых основных природных источников и быть независимым от покупаемых энергоносителей. Солнце нагревает воздух, воду, землю. В любое время года практически повсюду эти источники обладают низкопотенциальным теплом. Так тепловые насосы бывают следующих категорий:

  • грунтовые (грунт-вода);
  • водные (вода-вода);
  • воздушные (воздух-вода).

Грунтовые насосы

Известно, что ниже точки замерзания, почва имеет стабильно положительную температуру (+4-6 ° С). Здесь разработаны два принципа получения тепла для отопления посредством:

  • горизонтального контура;
  • вертикального коллектора.

Горизонтальный геотермальный контур

Требуется в зависимости от типа грунта:

  • площадь от 200 м2 и более;
  • котлован глубиной от 1,2 до 2 м.

Слишком глубоко земля не накапливает тепло, и нет необходимости копать траншеи глубже.

Полиэтиленовые трубы укладываются в зависимости от участка горизонтальной змейкой (петлей, улиткой) в траншеи, заполняются антифризом (незамерзающей жидкостью), опрессовываются, закапываются.

Общая длина контура ориентировочно рассчитывается как 5 м. п. трубы на 1 м2 площади отапливаемого дома. Возможно использование спиральной укладки, что немного экономит площадь. Недостатки:

  • требует больших площадей;
  • больших материальных затрат;
  • нет функции пассивного охлаждения;
  • снижение температуры к концу отопительного сезона;
  • уменьшение теплоотдачи в зависимости от длины трубопровода;
  • усадка грунта не менее одного года;
  • запрещены посадки растений с развитой корневой системой;
  • нежелательны постройки на занимаемой территории.

Плюсы.

Такой способ считается максимально эффективным. В среднем, отдача с 1 м2 варьируется от 30 до 65-75 Вт в любых условиях окружающей среды. При отсутствии возможности занимать довольно большую территорию под укладку труб, стоит рассмотреть вариант с использованием вертикальных контуров.

Вертикальные зонды

Данный способ предполагает бурение нескольких скважин глубиной от 20 метров. На таком расстоянии от поверхности земля начинает нагреваться и имеет температуру от 8-10° С и больше. Зависит глубина бурения от:

  • месторасположения строения;
  • типа грунта.

Такой вариант устройства системы теплового насоса для отопления сооружения характеризуется:

  • значительными подготовительными и организационно-техническими работами;
  • наибольшими капитальными вложениями;
  • большой занимаемой площадью (при бурении нескольких скважин, минимальное расстояние между ними не должно превышать 8 метров);
  • таким недостатком, как постепенное снижение теплоотдачи с течением времени при большой глубине скважин;
  • погонной теплоотдачей 50-60 Вт.

Кластерное бурение

Существует технология бурения скважин, не требующая таких больших площадей. Это кластерное бурение. Здесь отличие в том, что под скважину отводится до 4 м2, размещена она может быть и под домом. Геотермальные тепловые насосы предусматривают использование труб:

  • полимерных;
  • коррозионно-стойких металлических.

Второй вариант более дорогой, но здесь выше показатели теплоотдачи с 1 м. п. за одинаковый отрезок времени, а также есть возможность уменьшить глубину скважин. Срок эксплуатации таких ТН (тепловых насосов) – 50-70 лет.

Насосы системы типа «вода-вода»

В холодное время года вода имеет вполне тёплую температуру +5-7° С. Работа таких ТН основана на использовании открытых скважин для забора и сброса грунтовых вод. На практике применяются два способа:

  • полимерные трубы, утяжелённые грузом, укладываются на дно водоёма. Производительность примерно 30 Вт с 1 п.м. Такой способ относительно проще в выполнении, но требует большой длины контура;
  • использование скважины-колодца, из которой энергия поступает в отопительную систему, и скважины для отвода остывшей воды.

Воздушные тепловые насосы

Системы воздушных ТН гораздо дешевле и проще, но менее эффективны. Различают два варианта таких насосов:

Сплит

Представлен наружным и внутренним боксами:

  • первый включает вентилятор и испаритель;
  • второй – конденсатор и систему автоматического управления. Расположение компрессора возможно в любом из боксов.

Моно

Составляющие комплектующие помещены в одном блоке. Монтируется система как внутри помещения, так и снаружи. Долговечность воздушных ТН около 20 лет.

Преимущества выбора системы отопления тепловым насосом

Установка таких систем для отопления дома отличается:

  • низким энергопотреблением (характеризуется теплоотдачей 3-7 кВт на 1 кВт затраченного электричества);
  • автономностью – нет необходимости подавать топливо и прокладывать тепловые коммуникации;
  • универсальностью – сочетание функций отопления и охлаждения;
  • безопасностью – не взрывоопасна, не выделяет СО2;
  • надёжностью – управляется автоматикой и проста в обслуживании;
  • долговечностью – срок службы прибора 20-70 лет;
  • комфортностью – бесшумна, не бывает скачков температуры и влажности;
  • экологичностью – выбросы не загрязняют природу.

Выбор в пользу установки теплового насоса при отсутствии рядом газопровода – это наиболее оптимальное решение.

А грамотные предварительные расчёты по проектированию дома, предусматривающие устройство тёплых полов и стен, использованию теплоизоляционных материалов в строительстве ограждающих конструкций, по выбору типа теплового насоса в комплексе даст максимальный эффект от эксплуатации дома.

  • Вадим Николаевич Лозинский
  • Распечатать

Источник: https://kotel.guru/alternativnoe-otoplenie/teplovye-nasosy/princip-deystviya-teplovyh-nasosov-dlya-otopleniya-doma.html

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, типы, преимущества и недостатки

Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия, преимущества и разновидности оборудования

Тепловой насос – это один из возможных вариантов отопления частного дома, который сравнительно недавно появился в наших краях. Суть работы теплового насоса заключается в циркуляции теплоносителя по замкнутому контуру, в результате чего отбирается тепло у воздуха, земли или воды.

То есть, источником тепла в этом случае являются природные источники, а не продукты сгорания или электричество, что делает тепловой насос наиболее экологически чистым и экономически выгодным на сегодняшний день. Такая система отопления практически не зависит от цен на топливо, ведь энергия земли, воды и воздуха не только неисчерпаема, но и абсолютно бесплатна.

Единственные расходы при эксплуатации теплового насоса связаны с расходами на электроэнергию, от которой и работает сам насос, но они составляют только 1/3 всей выработанной энергии, так что экономия очевидна. Таким образом, тепловой насос по стоимости эксплуатации может соперничать даже с наиболее дешевым природным газом, не говоря уже о твердом или жидком топливе.

Сама идея извлекать тепло из окружающей среды далеко не нова, но тепловые насосы, как способ обогрева домов, появились сравнительно недавно в западных странах на пике популярности экологически чистого и безвредного оборудования. Именно в европейских странах начали устанавливать их не только для частных домов, но и для целых районов в городах.

Как работает тепловой насос?

Принцип действия теплового насоса напоминает принцип работы холодильника, только наоборот. Если в холодильнике рабочее вещество испаряется, отдавая холод, то в тепловом насосе оно конденсируется, отдавая тепло.

Полученное тепло накапливается, обогащается и отдается теплоносителю, который переносит его в отапливаемые помещения.

Для выделения тепла в системе используется конденсатор, тогда как испаритель поглощает полученное низко потенциальное тепло.

Электроэнергия требуется системе для работы компрессора.

В качестве показателя эффективности работы теплового насоса используется такое понятие, как преобразование тепла или трансформация – разница между величиной потребляемой электроэнергии и полученного в результате тепла.

КПД системы зависит от разницы температур испарителя и конденсатора – чем она больше, тем ниже КПД. Для увеличения эффективности работы нужно обеспечить максимально большой по объему источник низко потенциального тепла, иначе в системе возможно переохлаждение.

Таким образом, масса источника низко потенциального тепла должна быть значительно больше массы, которая нагревается, что позволит сократить разницу температур холодного тела и источника тепла, а это, в свою очередь, сократит потребление электрической энергии.

Единственный недостаток такого решения – значительные габариты теплового насоса, которые напрямую связаны еще и с его стоимостью.

При обогреве такой системой районов и даже городов можно устанавливать дорогостоящее оборудование, которое занимает значительную площадь – это экономически оправдано, но вот относительно частных домов это далеко не всегда выгодно.

Типы тепловых насосов

Рассмотрим рабочие характеристики и типы тепловых насосов. Что касается условий эксплуатации, их можно использовать в достаточно широком температурном диапазоне от -30 °С до +35 °С.

Наиболее распространенными считаются компрессионные и абсорбционные насосы. Первые обеспечивают циркуляцию в системе за счет механической и электрической энергии, вторые переносят тепло с помощью самого источника тепла.

Абсорбционные насосы более экономичные, но имеют более сложную конструкцию и стоят дороже.

В зависимости от типа источника тепла тепловые насосы можно поделить на:

  • геотермальные, забирающие тепло земли или воды (грунтовых вод, водоемов и т.д.);
  • воздушные, забирающие тепло воздуха;
  • насосы вторичного тепла, забирающие тепло, которое выделяется при отоплении, рабочих процессах на производстве и т.д. Обычно такие насосы используются именно на производствах, где есть источники «ненужного» тепла.

В качестве теплоносителя в тепловых насосах может использоваться вода, воздух, грунт или их комбинации.

Геотермальные тепловые насосы бывают замкнутыми и открытыми. Открытые системы используются для нагрева воды, которая попадает в контур, нагревается и выводится наружу.

Использовать такую систему можно, если поблизости есть достаточно большой источник воды с достаточным объемом.

Кроме того, вода, прошедшая через систему, не должна загрязнять окружающую среду, а ее выброс нужно согласовывать с государственными учреждениями.

Более предпочтительными являются замкнутые системы, которые тоже можно поделить на несколько типов:

  • с горизонтальным расположением коллектора, когда он монтируется в выкопанной в земле траншее ниже уровня промерзания грунта. В зависимости от климата и типа грунта глубина монтажа коллектора может меняться, в среднем же она составляет порядка 1,5 м. Для увеличения площади и объема контура при сокращении затраченной площади коллектор лучше укладывать кольцами. Этот тип требует наличия на участке значительной свободной площади, что не всегда возможно;
  • с вертикальным расположением коллектора, когда он размещается в скважине на глубине порядка 200 м. Такой тип используется в случаях, когда на участке не удается выделить нужную площадь для установки теплового насоса или же поверхность участка неровная;
  • водный, когда коллектор монтируется в водоеме (природном или искусственном) на глубине ниже его промерзания. В этом случае коллектор тоже желательно размещать кольцами для экономии площади. Для установки водного теплового насоса должны быть соблюдены некоторые условия: объем воды в водоеме должен быть достаточным для получения нужного количества тепла, а также глубина водоема должна быть довольно большой, чтобы вода в нем не промерзала до самого дна.

Преимущества и недостатки теплового насоса

Итак, тепловой насос – это сочетание практически бесплатной тепловой энергии и экологической чистоты. Почему же тогда далеко не все согласны поменять на него свои традиционные источники тепла? Дело в том, что наряду с несомненными плюсами тепловой насос обладает и некоторыми недостатками. Рассмотрим более подробно и первые, и вторые.

Преимущества

К достоинствам теплового насоса, как было отмечено выше, можно отнести небольшое потребление электроэнергии (для получения 1 кВт/ч тепла насос поглощает 0,3-0,35 кВт/ч) и безвредность для окружающей среды.

Кроме того, тепловой насос имеет высокий уровень пожаробезопасности, не требует оснащения дополнительной системой вентиляции и не нуждается в регулярном обслуживании. Регулирование работы системы выполняется автоматически без вмешательства людей.

По сути, если его правильно установить и подключить, на протяжении 20 лет можно просто забыть о его существовании и наслаждаться теплом в доме.

Еще одно преимущество – возможность не только обогрева дома в холодное время года, но и его охлаждения летом. Для этого к коллектору нужно подключить систему «холодный потолок» и фэн-койлы. Таким образом, тепловой насос сможет заменить собой кондиционеры.

Недостатки

А теперь пару слов о недостатках теплового насоса. Первый (и главный) из них – высокая стоимость оборудования и монтажа. Тепловой насос имеет довольно сложную структуру, к тому же оснащен автоматикой, что делает его довольно дорогим удовольствием.

К тому же его установка связана с земельными работами больших объемов, что значительно увеличивает его стоимость. Если Вы решили заменить им газовую систему отопления, затраты на переоборудование будут окупаться много лет.

При этом нужно учесть еще и тот факт, что средний срок службы теплового насоса составляет 20 лет, после чего нужно проводить капитальный ремонт системы, что связано опять-таки с земельными работами и закупкой новых элементов.

Так что явная, на первый взгляд, выгода от использования теплового насоса при ближайшем рассмотрении может оказаться далеко не выгодной, поэтому лучше заранее все подсчитать и решить, нужно ли Вам его устанавливать.

Стоит ли использовать тепловой насос для отопления дома?

Подведя итоги, можно отметить, что тепловой насос – это действительно неплохая альтернатива существующим системам отопления.

Возможно, через несколько лет его стоимость снизится настолько, что появится смысл его установки не только из экологических соображений, но и экономических.

Пока же (по крайней мере, в нашей стране) использование такого оборудования вряд ли найдет широкое применение.

Источник: https://megamasterok.ru/teplovoj-nasos-dlja-otoplenija-doma-princip-raboty.html

Принцип действия тепловых насосов

Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия, преимущества и разновидности оборудования

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

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

Проще говоря…

Чтобы охладить бутылку минеральной воды, Вы ее ставите в холодильник. Холодильник должен «забрать» у бутылки часть тепловой энергии и, согласно закону сохранения энергии, ее куда-то переместить, отдать.

Холодильник переносит теплоту на радиатор, обычно расположенный на задней его стенке. При этом радиатор нагревается, отдавая свое тепло в помещение. Фактически он отапливает помещение.

Это особенно заметно в маленьких минимаркетах летом, при нескольких включенных холодильниках в помещении.

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

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

Тепловой насос. Внешний воздушно-водяной контур

Где насос берет тепло?

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

Распределение солнечной энергии

Ими могут быть:

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

Геотермальный тепловой насос. Принцип работы

Как устроен тепловой насос и система отопления с ним?

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

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

В составе функционального контура теплового насоса «числятся»:

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

Процесс выглядит приблизительно так!

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

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

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

Цикл замкнулся и готов к повтору!

Приблизительный расчет теплопроизводительности установки

В течении часа по внешнему коллектору через насос протекает до 2,5-3 м3 теплоносителя, который земля способна нагреть на ∆t = 5-7 °C.

Для расчета тепловой мощности такого контура воспользуйтесь формулой:

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

где:

Как работает тепловой насос?

Разновидности тепловых насосов

По типу используемого вида рассеянного тепла различают тепловые насосы:

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

Схема и принцип действия теплового насоса

Преимущества и достоинства тепловых насосов

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

Именно по этому параметру сравнивают между собой агрегаты подобного типа. Его физический смысл – показать отношение полученного количества теплоты к величине, затраченной для этого, энергии.

К примеру, при КПТ = 4,8 затраченная насосом электроэнергия в 1кВт позволит получить с его помощью 4,8 кВт тепла безвозмездно, то есть даром от природы.

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

Типичный компрессор холодильника- теплового насоса

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

Внешний модуль теплового насоса «воздух-воздух»

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

Варианты режима работы теплового насоса

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

Полная автоматизация процесса отопления помещения.

Внешний воздушный контур теплового насоса

Некоторые нюансы эксплуатации

Эффективное использование принципа работы теплового насоса требует соблюдения нескольких условий:

  • помещение, которое обогревается должно быть хорошо утеплено (теплопотери до 100 Вт/м2) — иначе, забирая тепло с улицы, будете греть улицу за свои же деньги;
  • тепловые насосы выгодно применять для низкотемпературных систем отопления. Под такие критерии отлично подходят системы теплый пол (35-40 °C). Коэффициент преобразования тепла существенно зависит от соотношения температур входного и выходного контуров.

Подытожим сказанное!

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

Источник: https://plusteplo.ru/otoplenie/sistemy-otopleniya/teplovoj-nasos/princip-raboty-teplovogo-nasosa.html

Принцип работы и устройство теплонасосов — полный обзор. Жми!

Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия, преимущества и разновидности оборудования

Отдельным видом независимого домашнего отопления служат тепловые насосы. Их работа заключается в извлечении тепловой энергии из окружающей среды и направлении ее в помещение.

Оборудование наделено высокими экологическими и экономическими показателями. За рубежом подобные системы отопления используются давно. На отечественный рынок насосы начали внедрять недавно.

Область применения

Воздушный насос, установленный около дома

При постановке задачи об эффективном использовании установки, подразумевается полный отказ от сжигания органического топлива для получения тепла.

Тепловым насосом можно обеспечить горячее водоснабжение фермерских и жилых объектов, расположенных далеко от центральных коммуникаций.

Установка поможет в организации отопления отдельно стоящих на трассе АЗС и пунктов питания.

Обратите внимание: тепловые насосы могут подавать не только тепло, но и холод.

Хорошо зарекомендовали себя насосы, работающие в напольной системе водяного отопления с температурой конденсатора до 40С. Широко стали использовать оборудование для отопления помещений совместно с фанкойлами.

По внешнему виду устройство напоминает кондиционер и состоит из теплообменника с вентилятором, характеризуется высокой теплоотдачей и может работать при пониженных температурах.

Устройство

Принципиальная схема теплового насоса. (Для увеличения нажмите)

Состоит насос из следующих узлов:

  1. Не менее двух теплообменников. Первый теплообменник – испаритель, накапливает тепло из окружающей среды. Второй – конденсатор отдает тепло в систему отопления.

  2. При подключении к насосу нескольких теплообменников для накопления тепла из разных источников устанавливают контролер. Он автоматически выбирает более эффективный источник тепла и направляет его на вход насоса.
  3. Регулирует температуру в системе термостат.

    При нагревании или охлаждении до заданных параметров устройство отключает или подключает теплообменники.

  4. Терморегулятор служит для отключения подачи электроэнергии от теплового насоса при достижении в доме заданной температуры.
  5. Компрессор сжимает газ хладагент в системе для повышения температуры.

  6. Капилляр – клапан, через который проходит жидкий хладагент перед попаданием в испаритель.

Схема работы теплонасоса. (Для увеличения нажмите)

Независимо от типа насоса принцип работы его одинаков. Тепло окружающей среды попадает в испаритель и нагревает хладагент до 7С.

Достигая температуры кипения 10С хладагент становиться газообразным. После отдачи тепла газ переходит в жидкое состояние и опять направляется по контуру для дальнейшего подогрева.

Более подробно весь процесс выглядит так:

  1. При закипании хладагент направляется по трубопроводу в электрический компрессор.
  2.       Пребывая в газообразном состоянии, хладагент сжимается компрессором до высокого       давления. Это создает еще большее повышение температуры.

  3. С компрессора горячий газ направляется в конденсатор, где нагревается теплоноситель отопительной системы дома.
  4. Отдав в конденсаторе тепло, газ переходит в жидкое состояние и через капилляр попадает в испаритель.

На этом полный цикл завершается, и хладагент начинает проходить повторный виток.

Классификация

Абсорбционный агрегат

Устройство насоса для отопления позволяет использовать его в разных условиях. Оптимальные температуры бесперебойной работы составляют от -30С до +35С.

Насосы классифицируются на несколько видов:

  • компрессионные агрегаты получают тепло от механической и электрической энергии;
  • абсорбционные модели непосредственно используют сам источник тепловой энергии и передают тепло, экономя электроэнергию и топливо;
  • геотермальный тепловой насос получает тепловую энергию от воды и грунта;
  • воздушный тип потребляет тепло воздуха;
  • агрегат вторичного тепла собирает тепловую энергию с канализации, отопления и др.

Типы геотермальных моделей

Геотермальный насос

Агрегаты геотермального класса открытого типа нагревают проходящую сквозь них воду.

После охлаждения в системе вода сливается в открытый грунт.

Бесперебойно открытая система работает с большим объемом воды.

Насосы с системой замкнутого типа подразделяются на такие классы:

  • с горизонтальной установкой коллектора. Его укладывают кольцами в вырытом котловане ниже уровня промерзания грунта;
  • с вертикальной установкой коллектора на глубине до 200 м;
  • с водным размещением коллектора в водоеме ниже уровня замерзания воды.

Система грунт-вода

В зависимости от места установки входных и выходных контуров, теплонасосы для отопления классифицируют по видам:

  • в системе грунт-вода теплоносителем служит вода. Внешний контур укладывают горизонтально или вертикально в грунт. Возможно его размещение в водоеме;
  • наружный контур в системе вода-вода устанавливают в водоем или скважину. Для наполнения внутреннего контура используют воду;
  • система воздух-вода работает от тепловой энергии воздуха;
  • система воздух-воздух напоминает работу кондиционера. Во внешний контур поступает воздух из окружающей среды и после подогрева попадает в воздушную систему отопления.

Достоинства и недостатки

К преимуществам теплового насоса для отопления частного дома можно отнести:

  • отсутствие продуктов сгорания исключает выброс вредных веществ в атмосферу;
  • экономия средств связана с отсутствием покупки сырья;
  • возможна установка в любой местности;
  • оборудование работает долгие годы в автоматическом режиме;
  • эффективное использование насоса для отопления зимой, и в качестве кондиционера – летом.

Среди множества плюсов существует и ряд недостатков теплонасосов:

  • дорогой монтаж и немалая стоимость оборудования;
  • мало профессионалов в этой области способных сделать правильный расчет и установку системы;
  • иногда отсутствует техническая возможность монтажа насоса.

Использование тепловых насосов выгодно для обустройства отопления жилого дома. Но все же они пока не набирают большую популярность в частных постройках, скорее всего это связано с высокой стоимостью такого агрегата.

Смотрите видео, в котором на примере продукции известной фирмы показаны разновидности и принципы работы тепловых насосов для отопления дома:

  • DmitriiG
  • Распечатать

Источник: https://6sotok-dom.com/dom/otoplenie/teplonasosy-princip-dejstviya.html

Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия, преимущества и разновидности оборудования — Дом и участок

Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия, преимущества и разновидности оборудования

Тепловые насосы представляют собой отдельный вид независимого бытового отопления. Их задача заключается в извлечении тепловой энергии из окружающей среды и ее передаче в помещение.

Оборудование оснащено высокими экологическими и экономическими показателями. Такие отопительные системы уже давно используются за рубежом. Недавно насосы были выведены на внутренний рынок.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

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