Общее описание тепловых насосов. Основные виды тепловых насосов
В наше время, такие незаменимые энергоносители становятся все дороже, а экологическая ситуация ухудшается с каждым годом. Следовательно, мы начинаем искать альтернативные источники отопления и водонагрева.
Одна замечательная современная технология может успешно использоваться для разных типов домов, для нагрева воды и даже для конструкции теплого пола. Эта технология называется тепловой насос. Тепловые насосы бывают различных моделей и могут работать как отопительная система в зимний период или выступать в роли кондиционера летом.
Тепловой нанос — это устройство, вырабатывающее тепло за счет солнечной энергии, которая аккумулирует в окружающей среде. Источниками тепла могут служить грунтовые воды, воздух, земля, реки и озёра. Современные насосы могут гарантировать стабильную и простую в управлении отопительную систему, эксплуатация которой может проходить целый год. Существует несколько видов тепловых насосов, которые можно найти на рынке отопительных систем. В основном, их отличие определяется лишь используемым источником тепла. Из основных видов тепловых насосов, можно отметить три варианта:
- Система, использующая воду для производства тепла, будет актуальна лишь участке, где на доступной глубине имеются грунтовые воды. Тогда насос будет употреблять тепловую энергию грунтовых вод, которые всегда сохраняют температуру от +8 до +12 градусов. Существует вариант размещения коллектора теплообменника на дне водоёма. Нужно отметить, что вода обладает высокой теплоёмкостью и поэтому работа такой системы будет на высшем уровне.
- Системы, использующие тепло земли различают по трем видам: траншейные, вертикальные и горизонтальные. Такие виды системы определяют расположение труб коллектора в грунте. Погруженные в грунт трубы, пропускают специальную экологически безвредную жидкость, которая берет тепло почвы и передает его к испарителю насоса.
- Воздух тоже отлично используется для получения тепла. Как бы это странно не звучало, но при морозе в 20 градусов, насосы умудряются дать достаточно тепла. Следует учесть то, что эффективность работы насоса, берущего тепло из воздуха, будет значительно падать при температуре ниже 10 градусов мороза. Существенное преимущество этого насоса среди других видов — это легкая установка, не требующая грунтовых работ и сверления скважин.
Тепловой насос это по-настоящему стоящее изобретение. Ведь в Швеции приблизительно 95% домов оснащены такими системами, а это достойный показатель. Популярность тепловых насосов в России тоже растет. Большое распространение получили насосы воздушного типа, поскольку могут дать до 90% необходимого тепла. Разумеется, что в наиболее холодные периоды, насос нужно дополнять работой традиционных способов отопления, но его эффективность и уместность остается достаточно высокой.
Тепловой насос вдобавок использует электроэнергию, что бы обеспечить работу компрессоров и циркуляционных насосов, при этом он будет производить гораздо больше тепла (примерно в 5 раз). Важным является то, что при выработке тепла не происходит процесс горения и соответственно не выделяются вредные вещества. Теперь отпала необходимость заботится о доставке и подаче топлива и брать прямое участие в отоплении дома. Работа насоса зачастую автоматизирована и управление происходит с помощью пульта дистанционного управления. Большинство из них обладают возможностями работы в противоположном режиме, то есть летом они будут служить в качестве кондиционера.
Преимущества тепловых насосов
Экономичность – наибольшее преимущество тепловых насосов. Нужно затратить примерно 0,2-0,35 кВт-ч электроэнергии, чтобы в систему отопления передать 1 кВт-ч тепловой энергии. При использовании тепловых насосов эффективность применения топлива повышается. Это происходит потому, как на больших электростанциях преобразование тепловой энергии в электрическую происходит с КПД до 50%. К тому же, использование данных насосов упрощает требования к системам вентиляции помещений, а уровень пожаробезопасности увеличивается. Не требуются также эксплуатационные затраты (кроме необходимой для функционирования оборудования электроэнергии) в таких системах, для их работы используются замкнутые контуры.
Также к преимуществам тепловых насосов относится и возможность переключения режимов: зимой режим отопления переключается на режим кондиционирования летом (необходимо подключить к внешнему коллектору фэн-койлы вместо радиаторов).
Тепловой насос характеризуется высокой надежностью, работает он в автоматическом режиме. Системе не требуется специальное обслуживание во время работы, а вероятные манипуляции описаны в инструкции, поэтому не потребуют особых умений.
Важное положительное качество системы – персональный характер для каждого покупателя, который включает наилучший выбор постоянного источника низкопотенциальной энергии, окупаемость, расчет коэффициента преобразования и т. д.
Тепловой насос имеет небольшие габариты (размер его модуля — не больше стандартного холодильника), а также характеризуется беззвучной работой.
На западе тепловые насосы используются уже давно как в быту, так и в промышленности. На данный момент в Швеции, например, более полумиллиона домов отапливаются с помощью тепловых насосов разных типов, а в Японии используется около 3-х миллионов таких установок.
Обычно обогреваются следующие объекты:
- коттеджи, дачи;
- бассейны;
- квартиры;
- коттеджные городки;
- рестораны, гостиницы;
- производственные помещения;
- офисно-торговые центры.
Воздушные тепловые насосы. Принципиальные особенности воздушных тепловых насосов
Основное отличие воздушного теплового насоса от всех остальных – простота установки и эксплуатации. Такой тепловой насос имеет наружный и внутренний блоки, соединенные между собой магистралью, по которой циркулирует хладагент. Наружный блок устанавливается снаружи здания на любой высоте, а внутренний – в отведенном для него помещении.
Особенностью работы воздушного теплового насоса является зависимость КПД от температуры наружного воздуха. В зависимости от модели, хладагента, мощности и типа компрессора, эффективная работа воздушного теплового насоса может обеспечиваться при температурах ниже нуля и зависит от технических особенностей модели. Некоторые тепловые насосы обеспечивают эффективную работу при температурах до -10 градусов.
Как правило, все воздушные тепловые насосы комплектуются дополнительными ТЭНами для подогрева воды до необходимой температуры. Они начинают работать в том случае, когда температура наружного воздуха достигает определенной отметки и сам тепловой насос не справляется со своими функциями. Такое техническое решение позволяет обеспечить нормальную работу системы при любых условиях.
Воздушные тепловые насосы небольшой мощности, как правило, до 5 кВт, зачастую выпускаются в виде моноблоков. В таком исполнении он не требую установки раздельных наружного и внутреннего блоков, для их монтажа достаточно установить один блок внутри помещения и подсоединить к нему воздуховоды, ведущие на улицу.
Установка воздушного теплового насоса целесообразна в том случае, когда нет возможности монтажа геотермального поля, бурения скважин или укладки теплообменника в водоем. Простота установки существенно снижает ее стоимость, за счет чего он выгодно отличается от грунтовых и водяных тепловых насосов.
Отдельно можно рассмотреть установку воздушного теплового насоса на предприятиях и производствах, которые сбрасывают излишки тепла. При правильной установке и выполнении соответствующих расчетов, КПД такой системы может достигать 450-500%. В сфере индивидуального и частного строительства наиболее целесообразна установка воздушных тепловых насосов в южных регионах страны, где средняя температура зимой не опускается ниже -10 градусов.
Геотермальный тепловой насос. Принцип работы системы
Если вы владеете участком, к которому практически невозможно подвести газ, но на участке имеется электричество, то решение всех ваших проблем – тепловой насос. Эта новинка на российском рынке великолепно справится с задачей отопления вашего дома. И при этом, вам не понадобится отдельная топочная комната или помещение под топливо. При работе насоса не выделяется угарный газ, нет ни пожароопасности, ни опасности взрыва. Не выделяется дым и не требуется никакой уход за самим насосом.
Принцип работы системы
Работает такой насос по принципу холодильника. Внутреннее помещение холодильника охлаждает, а его задняя стенка (радиатор) отдает тепло вашей комнате. Также и тепловой насос отдает тепло потребителю, а холод уходит в воду, воздух или грунт. Выбор источника тепла напрямую зависит от климата. В жарких странах это будет атмосферный воздух. Такой тип насоса обычно называют кондиционером. В тех странах, где преобладает холод, зимой нужен обогрев. И система, которая работает от воздуха, может использоваться даже зимой, но до минус 25 градусов, и даже до 40 градусов мороза. Но все же, у них резко падает эффективность, и лучше позаботиться о дополнительном отоплении.
Тепловой насос гораздо экономичнее электрических нагревателей, а также систем отопления жидким газом, соляркой и тому подобное. Хотя отопление магистральным газом все же дешевле на сегодняшний день, его цена постоянно растет. Кроме того, газифицировать участок на сегодняшний день, и проблематично, и дорого. Не секрет, что газовое оборудование при работе представляет повышенную опасность. Поэтому приобретение теплового насоса, это возможность выбрать лучшее. Так как в эксплуатации он максимально выгоден, в использовании – абсолютно безопасен для окружающей среды, а также эффективен и надежен.
Благодаря тепловому насосу можно не отказываться от комфорта и уюта, не приносить вред окружающей среде, и при этом экономить бюджет. Ведь сегодня это самая эффективная система энергоснабжения, которая обеспечивает здоровый и приятный климат. Отопление нужно запустить в работу всего один раз, далее, полная автоматика. Не слышно никакого шума, отсутствует турбуляция воздуха, а значит, в помещении люди не дышат пылью. Дополнительное обслуживание не требуется. А все желания потребителей исполняет регулятор климата. В холодное время года – обогревает, а в жаркое – охлаждает. В Японии, Швеции и Европе используются именно эти системы отопления.
Как правильно выбрать тепловой насос
Подобрать тепловой насос, который наиболее подходит вашему дому помогут отличные специалисты. На сегодняшний день этой продукции огромный выбор. Можно выбрать самый экономичный и самый оптимальный вариант решения, учитывая при этом подходящую цену. А отличный результат всегда подарит удовлетворение и радость вам и вашим близким.
Геотермальные тепловые насосы отопления и охлаждения – это устройства, которые используют тепло земли, как источник возобновляемой энергии. Зимой тепло передается от земли в дом, а в течение лета тепло, накопленное в доме, передается земле. Геотермальные системы более энергоэффективны и экологически чисты, чем обычные. В качестве бонуса они обеспечивают поступление практически бесплатной горячей воды в течение всего года.
Геотермальная система отопления включает водяной контур, тепловой насос, вентилятор и воздуховоды, пароохладитель.
Водяной контур состоит из открытой или замкнутой системы трубопроводов, размещенных в земле, которые наполнены водой с добавлением антифриза (теплоноситель). Наиболее распространены системы с замкнутым контуром, они бывают с горизонтально и вертикально размещенными трубами, с размещенными в пруду или озере. Система пластиковых труб является теплообменником, в котором теплоноситель, проходя через трубы, извлекает тепло из земли.
В геотермальном насосе циркулирует хладагент, который проходит через компрессор, реверсивный клапан, закрытую катушку, теплообменник и устройство расширения. Во время работы системы хладагент выполняет фазовый переход из жидкого состояния в газообразное или наоборот, в зависимости от того, находится система в режиме нагрева или охлаждения. Когда хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное, тепло поглощается, а когда конденсируется, то тепло выделяется. Из компрессора хладагент поступает на реверсивный клапан, который направляет поток в теплообменник или на внутреннюю катушку. Реверсивный клапан делает то, что предполагает его название, — меняет поток, в зависимости от того, находится система в режиме нагрева или охлаждения. В теплообменнике происходит обмен тепла между хладагентом и теплоносителем. Внутренняя катушка используется для передачи тепла воздуху, который распространяется по системе воздуховодов (когда воздух проходит через катушку, то становится теплым или холодным, в зависимости от фазы хладагента, протекающего через катушку). Устройство расширения гарантирует, что происходят фазовые изменения в теплообменнике и внутренней катушки. Система подачи теплого воздуха состоит из вентилятора и воздуховодов.
Пароохладитель является необязательной частью геотермальной системы, он обеспечивает горячей водой дом, где установлен геотермальный тепловой насос.
Тепловой насос — изготовление в домашних условиях
Экономная надежная отопительная система частного дома является одним из важных вопросов, которые приходится сегодня решать собственникам коттеджей и особняков. Для решения такой задачи наиболее оптимальны два варианта: приобретение тепловых насосов в комплекте с соответствующим оборудованием и самостоятельное изготовление теплового насоса в домашних условиях. Вариант покупки является более простым и требует значительно меньших трат времени, однако при ограниченном финансировании приобрести такое дорогостоящее оборудование достаточно накладно, а порой даже невозможно. При этом не играет особой роли, покупали вы тепловой насос, или смастерили его самостоятельно, он в любом случае будет более экономным и выгодным, чем газовое и электрическое отопление. Все дело в том, что при затрате некоторого количества электроэнергии на работу теплового насоса тепловой энергии из грунта выкачивается в пять раз больше.
В случае наличия необходимого для покупки насоса количества денег следует рассчитать необходимую мощность, которую можно узнать благодаря проведению некоторых довольно простых расчетов. После этого нужно выбрать источника постоянного низкопотенциального тепла. Следующим этапом будет бурение скважин без установки обсадных труб. Для этого следует заключить соглашение с одной из соответствующих компаний, которые осуществляют бурение. В готовые скважины устанавливаются коллектора, после чего в горизонтальные траншеи укладываются трубопроводы и вся система заполняется теплоносителем. В качестве теплоносителя отлично подойдет спиртовой раствор, приготовленный из части спирта и 6-7 частей воды. Предпочтение такому теплоносителю следует отдать из-за его устойчивости к замерзанию при отрицательных температурах.
Принцип функционирования такого теплового насоса является очень простым и доступным для людей, которые обладают элементарными знаниями о физических процессах. Теплоноситель из спиртового раствора, которым заполнен первый контур, циркулирует по трубопроводу-теплообменнику в земле и температура его на несколько градусов увеличивается. Потом этот теплоноситель поступает в компрессор теплового насоса. Тут происходит обмен теплом с хладагентом в компрессоре. Во время адиабатического процесса сжатия температура хладагента возрастает и тепловая энергия передается воде, которой заполнен третий контур отопительной системы.
Так как же сделать в домашних условиях такой тепловой насос и остальные узлы системы? Все было бы достаточно просто, если бы не конструкция самого компрессора, который можно сделать лишь в заводских условиях.
В зимний период такой тепловой насос можно использовать для обогрева дома, а летом, когда необходимо снизить температуру, система может использоваться в качестве кондиционера. Самодельное изготовление теплового насоса является несложной задачей, если понять общий принцип его функционирования, который идентичен работе обычного холодильника. При этом получается обратный процесс. Снаружи забирается тепловая энергия и передается воздуху внутри помещения. Бытовая холодильная установка действует наоборот, то есть: внутри морозильной камеры достигается отрицательная температура за счет работы компрессора, который выводит тепло изнутри корпуса через заднюю стенку внутрь помещения. Если вы намерены сделать тепловой насос самостоятельно, тогда необходимо запастись терпением и некоторым количеством денег, которые понадобятся для приобретения самых необходимых материалов. Во всяком случае некоторые приспособления и автоматику придется все же приобрести, поскольку изготовить ее в домашних условиях достаточно сложно. Если же у вас будет все собрано, то объединить отдельные узлы в одну систему будет достаточно просто. В сети Интернет можно найти большое количество чертежей и рекомендаций от мастеров-умельцев, вот только компрессор придется все-таки заказать на заводе….
Принцип работы тепловых насосов грунт-вода
Конструкция грунтового коллектора аналогична погружным зондам. Отличие заключается в том, что трубы устанавливаются не в пробуренные скважины, а в траншеи. Глубина траншей обязательно должна быть ниже отметки промерзания грунта на 50–80 см. Этот способ стоит дешевле, однако для установки грунтового коллектора необходим достаточно большой участок. Например, для обеспечения теплом дома 10х20 под грунтовой коллектор необходим участок почти 500 м2.
Второй контур состоит из конденсатора, испарителя, компрессора и дроссельного узла. Все составляющие данного контура соединены системой труб, по которым циркулирует хладагент.
Третий замкнутый контур – вся система отопления дома. Такая система состоит из радиаторов отопления, теплых полов, системы подогрева воды для кухни и ванной комнаты.
Тепловой насос «грунт-вода»: принцип работы
Для того чтобы понять, как же работает тепловой насоса «грунт-вода», следует детально рассмотреть процессы, которые происходят в каждом контуре.
Грунтовой контур
По погружным зондам или в грунтовом коллекторе постоянно с помощью обычного насоса циркулирует теплоноситель, который не замерзает. Грунт имеет одну характерную особенность – ниже уровня промерзания у него целый год стабильная температура: 10–15. Это дает возможность собирать рассеянное тепло коллектором из труб и прогревать теплоноситель до 4– 6оС. Потом теплоноситель попадает в испаритель и отдает полученное тепло. При этом теплоноситель охлаждается до начальной температуры. Далее насос снова перекачивает теплоноситель в грунт, и происходит повторный процесс – сбор тепла и его отдача.
Контур хладагента
В этом контуре используется одно из физических свойств хладагента – закипать при довольно низких температурах. Хладагент при постоянной циркуляции через испаритель отбирает всю тепловую энергию, которую собрал теплоноситель в грунте. При подогреве до –2оС хладагент вскипает и переходит в газовое состояние. Далее пар с небольшим давлением поступает в компрессор, который увеличивает давление пара. В результате повышения давления возрастает температура пара (до +120оС). Нагретый пар под большим давлением подается в теплообменник конденсатора. Свое тепло хладагент отдает контуру отопительной системы, при этом остывая, и снова становится жидкостью. Для сброса остаточного давления хладагент пропускается через дроссельный узел (расширительный вентиль) и опять подается в испаритель. Весь описанный процесс проходит периодически – как только температура в доме достигнет заданного значения, тогда тепловой насос перестает работать до понижения температуры.
Контур системы отопления
Здесь в качестве теплоносителя используют, как правило, дистиллированную воду. Насос качает воду, нагретую в конденсаторе до +50 – +60оС по всей системе отопления. Происходит активная отдача тепла от теплоносителя, и дом обогревается.
Тепловые насосы приобретают большую популярность. Безопасность, экологичность, высокий КПД, экономичность – таким образом кратко можно перечислить все положительные качества тепловых насосов.
Использование тепла земли и воды в энергетике
Запасы полезных ископаемых неуклонно истощаются, и все чаще ученые ищут альтернативные источники энергии, которые были бы, вдобавок, еще и экологически чистые.
Все чаще используются солнечные батареи, но тепло можно получить не только от солнца, но из всего, что нас окружает и имеет плюсовую температуру: из грунта, воздуха либо воды. Для этого используют тепловые насосы. Тепло, которое вырабатывается с их помощью, уже широко используется для отопления и горячего водоснабжения домов и промышленных зданий.
С древних времен люди использовали тепло земли для согрева жилья. Но для этого они банально копали землянки, делали бревенчатый накат, засыпанный землей, что позволяло экономить дрова и сохранять тепло в помещении. Тепловые насосы тоже используют тепло окружающей среды, правда, работая по другому принципу.
Установив тепловой насос, отпадает необходимость не только отопительного котла, но и кондиционера. А что еще более важно, позволяет не беспокоиться о регулярном повышении цен на топливо и электроэнергию. Источник тепла постоянно будет у вас под ногами, поскольку температура грунта на глубине не поднимается выше 10 градусов тепла.
Конденсатор, компрессор и испаритель – вот составные части этого агрегата. Тепловой насос действует по принципу холодильника, только наоборот. Нагретый теплом окружающей среды теплоноситель по трубам поступает в насос. В испарителе теплоноситель передает тепло фреону (хладогену), который испаряется. Компрессор сжимает пары, что приводит к значительному повышению температуры. Затем хладоген в конденсаторе, охлаждаясь, передает тепло в систему горячего водоснабжения и отопления дома, после чего возвращается в испаритель. И так по непрерывному циклу. По сути, нет необходимости в постоянной дополнительной заправке топливом, как в двигателе внутреннего сгорания.
Несмотря на то, что для работы компрессора теплового насоса необходима электроэнергия, ее расход в 3-4 раза меньше, чем при использовании электрического котла.
Теплоносителем могут быть различные вещества. Но если рядом есть речка или озеро, это сразу снимает проблему. В таком случае вода по трубам через тепловой насос охлаждается и возвращается в озеро или реку, не загрязняя окружающую среду. При отсутствии водоема, источником тепла может быть грунт — небольшой участок земли, в котором прокладывают трубы с водой, в которую добавлен антифриз, предотвращающий ее замерзание. При горизонтальной укладке труб для дома площадью до 200 кв. м. достаточно участка площадью примерно 320 кв. м. Но, если размеры участка не позволяют занять столько места под монтаж системы, производится монтаж труб в вертикальную скважину.
В случае установки теплового насоса в доме, используется тепло воздуха, что делает систему более эффективной. Летом тепловой насос можно использовать вместо кондиционера для охлаждения комнат. Кроме того, эффективность работы теплового насоса зависит от хорошего утепления стен здания, установки пластиковых окон, чтобы напрасно не отапливать улицу. Но в том случае, если здание находится в холодных широтах, на время особо сильных морозов, желательно иметь дополнительное электрическое отопление, либо использовать систему в сочетании с солнечными коллекторами.
Несмотря на то, что это оборудование дороже, чем обычные газовые или электрические котлы, оно быстро окупается благодаря экономии на оплате за газ и электроэнергию, но что более важно — этот метод является не только экологически чистым, но и позволяет освободиться от зависимости перед поставщиками газа.
Инновация в системах отопления — тепловой насос
Российский потребитель медленно и осторожно, но все же начинает обращать внимание на новые технологии в строительстве и энергосбережении. Новые технологии зачастую выгодно отличаются от традиционных высокой эффективностью, простотой установки, а также надежностью и отсутствием затрат по эксплуатации. Это касается технологий, используемых при любом строительстве – как частного дома, так и помещений для бизнеса – офисов, складов.
Среди энергосберегающих отопительных технологий нового поколения видное место занимает технология теплового насоса. Принцип действия теплового насоса схож с принципом работы холодильника. Он основан на конденсации тепла, находящегося под землей. Поскольку на глубине 1,5 – 2 метра температура круглый год одна и та же – около 8 градусов по Цельсию, то это тепло может быть использовано. С помощью данной технологии можно «забирать» тепло на обогрев дома не только у земли, но и у воды и у воздуха.
Тепловой насос состоит из двух принципиальных элементов — теплообменника (испарителя) и компрессора. В качестве хладагента как правило используется фреон. Как химический элемент, он не представляет опасности для человека, т. е. не является ядом. Опасным он может быть только в том случае, если произойдет утечка фреона в промышленном масштабе. В этом случае человек может просто не заметить его наличия и задохнуться. В частном доме, когда хладагент находится под землей за пределами здания, такая ситуация исключена.
Теплообменник – система труб — находится в земле (вкапывается рядом с домом), если тепловой насос выполнен по принципу «земля-воздух» или «земля-вода». Хладагент – фреон, находясь в жидком состоянии, проходит через теплообменник, при этом он нагревается и переходит из жидкого состояния в газообразное. Этот газ всасывается компрессором, давление резко увеличивается и происходит выделение тепла.
Вы когда-нибудь накачивали велосипедные шины велосипедным насосом? Тогда наверняка чувствовали, как он нагревается от повышенного давления. Именно этот принцип используется в технологии теплового насоса. Выделяющееся тепло передается воздуху или воде в зависимости от типа системы отопления вашего дома.
А хладагент проходит через расширительный клапан, где давление газа вновь снижается и он поступает в следующий цикл.
Таким образом, данная система получается довольно экономичной, ведь она требует затрат только на электропитание компрессора. При этом система теплового насоса работает в замкнутом режиме, ей не нужна подпитка теплоносителя в отличие от газотопливных систем отопления. А использование постоянного источника тепла земли делает технологию независимой от энергоносителей. Не требуется подведения газа к дому или закупка угля и дров. Если добавить к этому пожаро — и взрывобезопасность технологии, высокий срок службы и экологичность, можно сделать вывод о значительном ее преимуществе перед традиционными видами отопления и возможности ее использования при отоплении как частного дома, так и производственных помещений.
Ваши запросы на тепловые насосы просим присылать в технический департамент нашей компании на e-mail: info@ence. ch. тел. +7 (495) 225 57 86.
тепловой насос своими руками из кондиционера
