Собственный частный дом – это почти всегда приличные счета за отопление. К счастью, мы живем во времена, когда тепло буквально можно брать из воздуха. Это не магия и не фигура речи — тепловой насос может брать тепло из земли, грунтовых вод, уличного воздуха и обогревать помещение. Выясняем, какие тепловые насосы для отопления дома подходят в каждом отдельном случае, как они работают и какие бывают.
Как устроен тепловой насос?
Тепловой насос отличается от классических обогревателей тем, что не вырабатывает тепло, не имеет нагревательных элементов и не сжигает топливо. Устройство просто передает тепло и действует как большой кондиционер. Тепловой насос берет из окружающей среды - почвы, воды, воздуха. Принцип работы теплового насоса можно описать следующим образом:
- теплоноситель движется по первому контуру, забирает тепло из окружающего пространства, при этом температура немного повышается – всего на пару градусов;
- слегка нагретый теплоноситель поступает в испаритель и отдает тепло теплоносителю;
- хладагент превращается в пар и поступает в компрессор (для этого достаточно даже небольшого нагрева);
- в компрессоре хладагент сжимается, температура повышается, а значит и температура повышается;
- горячий хладагент поступает в конденсатор, где нагревает воду, циркулирующую в системе отопления дома;
- при этом сам хладагент охлаждается, переходит из парообразного состояния в жидкое, возвращается в исходную точку, и процесс начинается заново.
Тепловой насос использует электричество, но оно используется исключительно для работы элементов системы, а не для нагрева ТЭНа. С практической точки зрения это означает, что установка, потребляющая 300-700 Вт электроэнергии, вырабатывает 2 кВт тепла, т.е. КПД всегда выше 100%. Электронагреватель для выработки 2 кВт энергии будет потреблять как минимум те же 2 кВт, а реально будет больше.Иногда принцип работы теплового насоса объясняют, проводя аналогию с морозильной камерой холодильника. Внутри иней и лед, а снаружи решетка раскалена, так что ее лучше не трогать. Если взять и удлинить трубы с фреоном и поставить их на водяную баню, то вода в ней начнет остывать, а решетка нагреется и нагреет воздух, т.е холодильник будет передавать тепло от воды к воздуху и обогревать комнату.
Идея изобретения теплового насоса основана на том, что каждое тело с температурой выше абсолютного нуля (-273,15 0С) имеет запас тепловой энергии. Резерв пропорционален массе тела и его удельной теплоемкости.
На практике все это означает, что практически всегда можно получить тепло из окружающей среды, по крайней мере, до тех пор, пока температура за окном не опустится ниже -250С. И тут мы подходим к интересному моменту. Что делать, если температура внезапно падает и тепловой насос не справляется?
Зачем нужен встроенный ТЭН в тепловом насосе?
Существуют тепловые насосы со встроенным нагревательным элементом. Это дополнительная опция, за которую стоит переплатить, если в регионе часто бывают морозные дни с температурой ниже -150С. В этом случае работа теплового насоса может быть недостаточно эффективной, и имеет смысл использовать альтернативный способ обогрева здания, а не ждать нагрева. Конечно, можно обойтись без ТЭНа и установить насос помощнее, но стоит ли постоянно переплачивать за ненужную электроэнергию, если настоящих морозных дней в регионе мало? Дешевле обойтись редкими включениями ТЭНов. В большинстве случаев это более экономичное решение.
Виды тепловых насосов
Тепловые насосы давно и активно используются в Японии, США, многих странах Европы и постепенно завоевывают российский рынок. Насосы различаются не только по мощности, но и по тому, откуда они берут энергию и чем потом нагревают помещение. Источником может быть воздух, почва, вода — это слово будет стоять слева в названии системы. Полученное тепло может отдаваться теплоносителю (воде) для циркуляции по системе отопления или в системе «теплый пол», а может поступать в помещение непосредственно в виде нагретых воздушных масс (воздуха). Справа от названия системы всегда будет указано «вода» или «воздух», т.е куда передается тепло.
Воздух-воздух
Самая простая система. Принцип работы основан на отводе тепла от окружающего воздуха. Коллектор в принципе не нужен, потому что уличный воздух сразу попадает в испаритель и отдает тепло хладагенту. Нагретый воздух поступает в помещение через внутренние настенные или напольные блоки. На самом деле, это отличный кондиционер. Преимущества такой системы:
- легкая установка;
- низкая цена и быстрое погашение;
- быстрый нагрев помещения;
- возможность использования летом в качестве кондиционера.
Минусы:
- производительность зависит от температуры наружного воздуха. Часто указывается, что серийные модели работают при температуре до -300С, но уже ниже -150С производительности может быть недостаточно для поддержания комфортных условий в помещении;
- этот тип теплового насоса не нагревает воду для системы горячего водоснабжения, поэтому необходимо использовать другой источник тепла.
Не рекомендуется использовать систему «воздух-воздух», если местность влажная и часто подвержена сильным ветрам. В этом случае нельзя исключать обледенение и примерзание, что снизит эффективность работы. Такие системы хорошо работают в регионах с теплым климатом и сухим воздухом – там насос без проблем будет работать круглый год.
Воздух-вода
Система аналогична предыдущей, только тепло передается воде, циркулирующей в системе отопления. Такие насосы относительно просты в установке, быстро окупаются, но их эффективность зависит от температуры наружного воздуха. Перед внедрением такого решения необходимо проанализировать средние температуры по региону, количество морозных дней. Особенностью этой системы является возможность подогрева воды благодаря энергии, получаемой от солнечных батарей. Вы можете использовать индивидуальные или встроенные электрические обогреватели – это решение для самых холодных дней
Вода-вода
очевидно, что вода в жидком состоянии всегда имеет положительную температуру, поэтому тепло можно использовать для своих нужд. При наличии поблизости водохранилища или неглубоких грунтовых вод теплоснабжение можно организовать за их счет. Коллектор ставится на дно водоема или бурятся две скважины (в случае с грунтовыми водами), и теплоноситель передает тепло теплоносителю, далее по стандартной схеме.
Устройство теплового насоса различается в зависимости от того, какой источник тепла выбран:
- водоем не должен располагаться дальше 50 м от дома. Это достаточно экономичная и эффективная конструкция. На дне резервуара устраивают коллектор (трубы, свернутые в кольца или спирали), и достаточно с помощью груза затопить трубы, и насос начнет подавать тепло в дом;
- извлекать тепло из подземных вод сложнее и дороже.
Обратите внимание: Цветотерапия на даче – что Вам подойдет а что нет.
Необходимо пробурить две скважины, трубы в них не опускаются, тепло берется из воды, которая уже находится на поверхности, после чего вода возвращается во вторую скважину. Для реализации такой схемы необходимо наличие на участке неглубоких грунтовых вод, сброс должен быть сделан под забор, а вода должна быть профильтрована, чтобы оборудование не засорялось и не ржавело.
Для работы системы необходимо использовать большое количество воды, т.е насосы будут достаточно мощными. С другой стороны, система очень энергоэффективна, поэтому все затраты на эксплуатацию оборудования окупаются с лихвой. Поскольку тепло передается воде, с помощью такой системы также можно обеспечить горячее водоснабжение.
В промышленных условиях тепло может быть получено из стоков.
Вода-воздух
Тепловая энергия берется из воды в резервуаре или колодце и передается в систему воздушного отопления, т.е напольные или потолочные форточки будут дуть теплым воздухом, благодаря чему можно быстро нагреть помещение. Главное условие для установки такого насоса – наличие водоема или грунтовых вод.
Грунт-вода
Почва является наиболее стабильным накопителем тепла. На глубине ниже точки замерзания грунт всегда имеет положительную температуру. Глубина промерзания будет разной для разных регионов, но даже в самых суровых районах на глубине 2-2,5 м грунт уже не промерзает, в южных регионах этот показатель и вовсе меньше 1 м. Самое главное, что это почва во всех областях, поэтому система отопления может быть построена практически в любом месте. Существует два основных способа отвода тепла от земли:
- расположите коллектор в горизонтальной плоскости. В качестве коллектора берется труба диаметром 25-40 мм, она укладывается горизонтально кольцами, шлангом или спиралью. Самое главное, чтобы расстояние между трубами было 60-80 см. Глубина расположения такого коллектора зависит от глубины промерзания грунта. Можно сделать двухуровневый коллектор, но такое решение используется редко. Сколько тепла вы можете получить? Зависит от типа почвы. Так, например, сухой песок может дать около 10 Вт на метр коллектора, а глина с большим содержанием воды может дать уже 35 Вт. Чтобы обеспечить качественным отоплением дом площадью 100 м2, необходимо создать внушительную площадь сбора (около 5 соток). Также некоторые домовладельцы жалуются, что над коллектором все плохо растет или вообще не растет, так как грунт постоянно остывает. Но над таким коллектором нельзя сажать деревья с сильной корневой системой, нельзя строить капитальные постройки. Допускаются травы, кустарники и цветы;
- вертикальный коллектор более эффективен, но и на обустройство придется потратить немного больше. Трубы можно копать на глубину 20-150 м. Можно пробурить скважину глубиной около 100 м и опустить туда П-образную трубу. Можно пойти более простым путем, выкопать несколько колодцев по 20 м и углубить каждый в той же П-образной трубе. Тепловыделение будет примерно одинаковым. В зависимости от структуры грунта можно получить от 20 Вт на погонный метр трубы (сухие осадочные породы) до 80 Вт тепла (грунтовые воды).
Тепловой насос такого типа может бесперебойно работать круглый год долгие годы, но обустройство и подключение потребуют значительных финансовых затрат. Стоимость оборудования и рабочей силы выше, чем для любого другого типа теплового насоса. Система отопления для теплого насоса
Полученное от природы тепло доставляется потребителю различными способами:- радиаторы – обязательно выбирайте низкотемпературные. Если в помещении уже установлены радиаторы, рассчитанные на работу с теплоносителем более высокой температуры, потребуется либо добавить несколько новых секций, либо дополнительно использовать систему «теплый пол» или фанкойлы;
- теплый пол – классика для тепловых насосов, так как для этой системы требуется низкотемпературный теплоноситель;
- вентиляторные конвекторы – блоки, через которые в помещение будет поступать теплый или прохладный воздух;
- теплый плинтус используется реже всего, но позволяет использовать полученное тепло максимально эффективно.
Способы охлаждения тепловым насосом
Охлаждение в системе теплового насоса может быть двух типов:
- активный – классическое охлаждение, когда включается реверс и система начинает брать тепло не из окружающей среды, а из помещения и отдавать его во внешний контур. В этом процессе участвует компрессор, для работы которого требуется около 50 % мощности, используемой для обогрева;
- пассивный - охлаждение в обход компрессора, а значит экономит деньги. Используется в системе «почва-вода». За период потепления почва успевает резко остыть, вплоть до отрицательных значений. Летом, конечно, он нагревается сам по себе, но избыточное тепло из помещения ускорит процесс, быстрее восстановит почву и даже перенасытит ее теплом, так что следующей зимой КПД теплового насоса будет еще выше.
Плюсы и минусы тепловых насосов
Технология использования тепла окружающей среды кажется инновационной, но существует уже давно. Интересно, что в 80-е годы в Ялте тепло моря использовалось для обогрева санатория «Дружба». Тепловой насос не только обеспечивал отопление всего комплекса, но и нагревал воду в бассейнах, охлаждал помещения в жаркие дни и обеспечивал горячей водой всю территорию.
Преимущества тепловых насосов очевидны:
- экономия на отоплении;
- минимальные затраты времени на обслуживание системы, отсутствие необходимости периодической дозаправки;
- дом может долго стоять в отопительный период, не опасаясь, что что-то случится с системой отопления;
- полная экологичность, ведь вредных выбросов нет, а используемый хладагент безопасен;
- возможность использования системы практически в любом месте;
- универсальность – тепловой насос можно использовать не только для отопления, но и для охлаждения или горячего водоснабжения. Вода в системе горячего водоснабжения нагревается до 550С. Если этого недостаточно, лучше дополнительно поставить бойлер;
- срок службы теплового насоса достигает 50 лет, но за это время все равно необходимо заменить компрессор.
Недостатков немного, но они существенны:
- большие капитальные вложения на начальном этапе;
- при морозах ниже -200 С КПД практически всех тепловых насосов сильно снижается, поэтому, если такие морозы не редкость в регионе, нужно подумать об альтернативе для отопления.
Что учесть при выборе теплового насоса?
Тепловой насос рекомендуется устанавливать только тогда, когда другое оборудование нерентабельно. Сначала оцените ситуацию по следующим параметрам:
Так как подбор, расчет, монтаж и запуск теплового насоса дело очень серьезное и сложное, рекомендуем доверить все от и до профессионалам. Выход из строя приведет к недостаточной мощности, постоянному замерзанию охлаждающей жидкости и поломке.
#Котел отопления, Радиатор отопленияБольше интересных статей здесь: Дача.
Источник статьи: Разбираемся, какой тепловой насос для отопления дома подойдет, как они работают, какие бывают, и насколько выгодно их ставить.