Устройство и принцип работы теплового насоса грунт-воздух
Насосы этого типа получают тепло из грунта. Они имеют простую конструкцию, которая включает всего несколько элементов:
- Контур отбора – замкнутая система трубок, где циркулирует рабочая жидкость.
- Испаритель – закрытая емкость сложной формы, заполненная хладагентом.
- Компрессор – устройство, обеспечивающее сжатие и перемещение газа.
- Конденсатор – герметичный бак, где располагается теплообменник.
В геотермальных насосах используется принцип уравновешивания температур между средами. Процесс предельно прост и происходит в несколько этапов:
- Контур отбора помещается ниже границы промерзания грунта. Там всегда сохраняется плюсовая температура. Рабочая жидкость нагревается до +5оС и попадает в приемник. Он соединяется с испарителем.
- Рабочая жидкость отдает полученное из земли тепло. Под его действием фреон в испарителе закипает и превращается в газ. Потом хладагент поступает в компрессор.
- Под давлением газ нагревается до +65 оС и впрыскивается в конденсатор. Там фреон снова превращается в жидкость, нагретую до высокой температуры.
- Конденсатор соприкасается с теплоносителем водяного отопления. Через его стенки идет теплообмен. Вода нагревается и отапливает помещение.
Принцип работы тепловых насосов системы воздух-воздух.
Тепловой насос действует, как кондиционер в режиме обогрева. Единственное отличие – тепловой насос создан для отопления помещения, кондиционер — для охлаждения.
Тепловой насос напоминает сплит-систему и состоит из двух блоков – внешнего и внутреннего. Внутренний блок устанавливается на потолок или стену.
Принцип работы тепловой установки системы воздух-воздух без технических особенностей.
- Даже при минусовой температуре в воздухе есть тепловая энергия, которая сохраняется до того момента, пока температура воздуха не достигнет абсолютного нуля. Существуют модели работающие и в минус 25, и даже минус 32, но большинство моделей способны извлекать тепло только при минус 15.
- Вентилятор с электрическим мотором втягивает наружный воздух в специальную камеру, которая оснащена испарителем. Воздух, при контакте с трубками, заполненными жидким хладагентом, отдает свое тепло. Хладагент поглощает большое количество тепловой энергии и меняет свое агрегатное состояние – преобразуется в газ.
- Газообразный фреон попадает в компрессор, где, при его сжимании, происходит существенный нагрев фреона под высоким давлением. Компрессор в теплонасосах выполнен в форме спирали, что значительно облегчает запуск в низкую температуру.
- Во внутреннем блоке находится конденсатор. Через форсунки хладагент впрыскивается в конденсатор, где газообразный нагретый хладагент конденсируется на стенках модуля. При это выделяется тепловая энергия и газ переходит в жидкое состояние. Именно эта энергия, при помощи насоса, идет на обогрев дома.
- Жидкий хладагент вновь отправляется в испаритель наружной системы теплового насоса.
Производительность теплового насоса напрямую зависит от температуры окружающей среды – чем холоднее, тем ниже эффективность. Поэтому для северных регионов отопление дома воздушным тепловым насосом будет крайне неэффективным и лучше рассматривать геотермальные установки (например, )
Отопление дома насосом воздух-вода
Примерно по подобной схеме выполнен монтаж теплового насоса в загородном доме нашего клиента. К слову сказать: работы нам было немного, так как система отопления уже была. Реализована на электрическом котле, уже выполнена разводка по всему дому. Оставалось выполнить:
- монтаж внешнего блока теплового насоса и гидромодуля внутри котельной;
- осуществить врезку в действующую систему отопления;
- провести настройку и пуск-наладку теплового насоса
А подобных домов — тысячи, в которых по причине отсутствия газа в качестве единственного источника тепла выступает электричество! Причём нет необходимости проведения каких-либо глобальных ремонтных работ или переделки всей системы. Полноценная система отопления дома тепловым насосом типа воздух-вода — это реальность, это недорого и отбивается примерно за 3 года эксплуатации!
В ваших силах снизить затраты на обогрев загородного дома в 3-4 раза за счёт использования теплового насоса воздух-вода. Мы готовы провести модернизацию вашей системы отопления и займёт это два всего дня!
Схема отопления дома тепловым насосом воздух-вода
Схема модернизации отопления дома. Дело было за малым: интегрировать в действующую систему современный инверторный и экономичный тепловой насос
Тепловой насос CooperHunter UNITHERM
В качестве базы заказчик выбрал одну из лучших на сегодня модель, которая позволяет эффективно обогревать коттедж даже при снижении температуры воздуха до -30 градусов.
Подставка под внешний блок теплового насоса
Можно ли смонтировать на фасаде? Да. Если у вас каменный дом. Или хотя бы бревно или брус от 150 мм. В противном случае (в каркасниках это сплошь и рядом) может возникнуть резонанс и гул. Поэтому ставим на подставку. Варим сами. Данном случае она ещё и сложной формы.
Место установки внешнего блока CH-HP14SINM
С тыльной стороны дома. Свободный обдув внешнего блока со всех сторон для адекватного воздухообмена и выхода на заданные значения по эффективности извлечения низкопотенциального тепла
Коллектор системы отопления
У заказчика всё сделано просто, но по уму. Вот и простенький коллектор для распределения потоков теплоносителя по системе. Это его внешний вид до подключения теплового насоса
Установка гидромодуля
Именно этот блок имеет встроенный теплообменник, где и происходит передача тепла от фреона к этиленгликолю (как в нашем случае). Плюс — автоматика, система защиты, встроенные электрические тены (на случай снижения эффективности при суровых морозах и высокой тепловой нагрузке)
Внешний вид системы отопления
У нас в штате компании и автоматчики (в смысле сотрудники, отвечающие за пуск-наладку), и инженера-теплотехники, которые могут выполнить расчёт и провести комплектацию объекта в зависимости от параметров самого объекта
Автоматика теплового насоса
Чем отличается использование рядного внешнего теплообменника от подобного гидромодуля? Наличием уже готовых решений (с точки зрения управления и автоматизации), заканчивая надёжностью. Можно управлять удалённо (со смартфона), подключить к системе «умный дом». Отопление дома насосом воздух-вода — это просто, комфортно и недорого!
Запуск и сдача системы отопления тепловым насосом заказчику
Система запускается, выводится на рабочий режим, проверяются все режимы работы и после этого подписывается акт выполненных работ. Началась гарантия
Подключение теплового насоса в контур отопления дома
На фотографии видно, что изменения были минимальны. Это, конечно, частный случай и касается объектов, где уже выполнен монтаж системы отопления Если же у вас стадия строительства, начальная стадия ремонта и вы задумались о создании эффективной системы отопления — мы предложим вам множество вариантов. Штатные проектировщики выполнят проект отопления, который и ляжет в основу договора. Мы занимаемся не только update`ом существующих, но и проектированием и монтажом систем отопления загородных домов с ноля.
Вот модели серии UNITHERM — самые популярные и востребованные при создании современных, высокоэффективных систем отопления загородных домов:
| Фотография | Модель | кВт | до «минус» | Цена * | Монтаж ** |
| CH-HP8.0SINK3 | 8,0 | -30 | 460000 Р | 16400 руб. |
| CH-HP10SINK3 | 9,2 | -30 | 480000 Р | 16400 руб. | |
| 1ф | 12,0 | -30 | руб. | |
| CH-HP12SINM3 3ф | 12,0 | -30 | 552000 Р | 16400 руб. | |
| 1ф | 14,0 | -30 | руб. | ||
| CH-HP14SINM3 3ф | 14,0 | -30 | 593000 Р | 20900 руб. | |
| 1ф | 15,5 | -30 | руб. | ||
| 3ф | 15,5 | -30 | руб. |
* На оборудование предоставляется скидка от цены сайта по итогам создания коммерческого предложения.
** Установка внешнего блока и гидромодуля. Подключение к действующей или монтаж создаваемой системы отопления по итогам коммерческого предложения.
Оставьте заявку менеджеру, уверены, что вы останетесь с нами!
Виды самодельных обогревателей из холодильника
По типу используемого источника энергии тепловые насосы для дома делят на следующие виды:
- геотермальные (открытые и закрытые);
- воздушные.
Агрегаты, использующие вторичные источники тепла, устанавливают обычно на предприятиях, так как их рабочий цикл связан с выработкой энергии, требующей дополнительной утилизации.
В геотермальных насосах источником энергии выступает грунт или грунтовые воды. Устройства замкнутого типа делят на:
- Горизонтальные. Коллектор, собирающий тепло, имеет форму колец или зигзагов. Его располагают горизонтально в траншеях на глубине более 1,3 м. расстояние между трубами – около 1,5 м. Используют подобные тепловые насосы для обогрева помещения небольшой площади. Если грунт песчаный, то длину контура увеличивают в 2 р., так как он не способен удерживать влагу.
- Вертикальные. Отличается вертикальным расположением коллектора теплосборника. Глубина скважины – около 200 м. Они заполняются грунтовыми водами, отдающими впоследствии тепло. Такой вариант системы используют, если отсутствует возможность горизонтального ее размещения или существует высокая угроза повреждения ландшафта. 1 м скважины дает 50-60 Вт энергии, поэтому для насоса с мощностью 10 кВт достаточно пробурить 170 м. Чтобы получить больше тепла нужно сделать несколько небольших скважин на расстоянии 20 м друг от друга.
- Водные. Форма коллектора идентична горизонтальному типу теплового насоса, но располагают его на дне водоема, ниже уровня промерзания (глубина – от 2 м). Этот метод установки системы обычно обходится дешевле. Стоимость зависит от места нахождения водоема, его глубина и общего объема воды.
В насосах открытого типа вода, используемая для теплообмена, сбрасывается обратно в грунт.
Контур водяных тепловых насосов изготавливают из пластиковых труб, которые прижимают ко дну водоема из расчета 5 кг на 1 м длины. Каждый 1 п.м. контура дает около 30 кВт энергии. Если вам нужна система с мощностью 10 кВт, то протяженность контура должна быть не менее 300 м. К плюсам конструкции относят простоту монтажа, малую стоимость. Минусом является невозможность обогрева помещения при сильных морозах, так как получение энергии не происходит.
Исходя из названия, в воздушных тепловых насосах источником энергии является воздух. Эти агрегаты подходят для территории с жарким климатом, так как при минусовой температуре производительность будет сильно снижаться. Основной плюс заключается в отсутствии больших материальных затрат на бурение скважин. Систему располагают недалеко от дома.
Эффективность насоса зависит от его коэффициента преобразования, который представляет собой разницу между потребляемой и отдаваемой энергией. Основной фактор, влияющий на эту величину, температура входного и выходного контуров. Система будет работать лучше, если разница между данными параметрами будет большая.
Эффективность отопления от насоса
Данные установки обладают отличными техническими характеристиками. Агрегаты можно применять для обогрева как отдельных небольших помещений, так и для отопления целого домостроения с обеспечением его горячей водой.
Насосные агрегаты высокоэффективны. Средние показатели работы насоса – на транспортировку 4,5 киловатт тепла, как правило, уходит 1 киловатт электричества. Есть способы повысить производительность воздушного наноса. Для этого на участке между конденсаторным устройством и испарительной камерой устанавливают вспомогательный клапан. Чтобы процесс происходил беспрерывно, в схему насоса можно подключить блок автоматики.
Благодаря широкому выбору насосов всегда можно подобрать устройство необходимой мощности. Это поможет добиться максимальной продуктивности агрегата.
Монтаж насоса экономит средства и время. Он не требует затрат на рытье котлованов, бурение колодцев, проведение сложных линий коммуникаций. Для работы насоса не нужно прокладывать трубопроводы или проводить магистрали от госструктур. Под него не нужно выделять отдельное помещение.
Есть возможность оптимизировать систему. Так, если к устройству подвести солнечную батарею или генератор, то в процессе выработки электричества не будет происходить вредных выбросов.
Оборудование способно вырабатывать тепло даже в условиях очень низких температур. Однако его эффективность будет на порядок ниже.
Оптимальной продуктивности удается достичь при температурах от -10 до +10 градусов Цельсия. При этом от температуры будет зависеть и количество потребляемого прибором электричества.
Принцип действия теплового насоса
Принцип работы теплового насоса воздух-воздух
Общий принцип работы ТН во многом напоминает тот, что используется в кондиционере, в режиме «обогрев помещения», с единственным отличием. Теплонасос «заточен» на отопление, а кондиционер на охлаждение комнат. Во время работы используется низкопотенциальная энергия воздуха. В результате расход электроэнергии сократился более чем в 3 раза.
Принцип действия тепловой насосной установки воздух-воздух, если не вдаваться в технические подробности, следующий:
- Воздух, даже при отрицательной температуре, сохраняет определенное количество тепловой энергии. Это происходит до тех пор, пока температурные показатели не достигнут абсолютного нуля. Большинство моделей ТН способны извлекать тепло при достижении температуры -15°С. Несколько известных производителей выпустило станции, сохраняющие работоспособность при -25°С и даже -32°С.
- Забор низкопотенциального тепла происходит благодаря испарению фреона, циркулирующего по внутреннему контуру ТН. Для этого используется испаритель – блок, в котором создаются оптимальные условия для преобразования хладагента из жидкого в газообразное состояние. При этом, согласно физическим законам, поглощается большое количество тепла.
- Следующим блоком, расположенным в системе теплоснабжения воздух-воздух, является компрессор. Именно сюда подается хладагент в газообразном состоянии. В камере нагнетается давление, что приводит к резкому и существенному нагреву фреона. Через форсунку, хладагент впрыскивается в конденсатор. Компрессор для теплового насоса имеет спиралевидное исполнение, что облегчает запуск при низких температурах.
- Во внутреннем блоке, располагающемся непосредственно в помещении, находится конденсатор, выполняющий одновременно функцию теплообменника. Газообразный разогретый фреон, целенаправленно конденсируется на стенках модуля, отдавая при этом тепловую энергию. ТН распределяет полученное тепло, подобным к сплит-системе образом. Допускается канальное распределение нагретого воздуха. Особенно практично такое решение при нагреве больших многоквартирных зданий, складских и промышленных помещений.
Принцип работы теплового насоса воздух-воздух и его эффективность напрямую связаны с температурой окружающей среды. Чем холоднее «за окном», тем ниже производительность станции. Работа теплового насоса воздух-воздух при температуре минус -25°С (в большинстве моделей) полностью прекращается. Чтобы компенсировать недостаток тепла, устанавливают резервный котел. Оптимально одновременное использование электрического тэна.
Тепловые насосы воздух-воздух состоят из двух блоков наружного и внутреннего размещения. Конструкция во многом напоминает сплит-систему и устанавливается подобным образом. Внутренний блок монтируется на стену или потолок. Настройки выставляются с помощью дистанционного управления.
Чем отличается ТН воздух-воздух от кондиционера
ТН воздух-воздух работает как кондиционер, но имеет существенные отличия, заключающиеся в особенностях конструкции и производительности
Хотя существует внешнее сходство, на самом деле, отличия, если обратить внимание на технически характеристики, существенны:
- Производительность – тепловой насос воздух-воздух для отопления дома, максимально эффективно работает на нагрев помещения. Некоторые модели способны охлаждать воздух. Во время кондиционирования помещения, энергоэффективность существенно уступает обычным кондиционерам.
- Экономичность – даже инверторные кондиционеры, во время работы тратят больше электроэнергии, чем требует отопление тепловым насосом типа воздух – воздух. При переходе в режим обогрева, затраты электричества еще больше увеличиваются. У ТН коэффициент энергоэффективности определяется согласно СОР. Средние показатели станций равняются 3-5 единицам. Затраты электричества в таком случае составляют 1 кВт на каждые 3-5 кВт полученного тепла.
- Сфера применения – кондиционеры используют для вентиляции и дополнительного обогрева помещения, при условии, что температура окружающей среды не будет меньше +5°С. Тепловые насосы воздух-воздух, применяются в качестве основного источника отопления в течение всего года в средних широтах. При определенной модификации, могут использоваться для охлаждения комнат.
Мировой опыт использования тепловых отопительных насосов системы воздух-воздух, убедительно доказал, что использование возобновляемых источников энергии не только возможно, но и экономически выгодно, несмотря на необходимость первичных капиталовложений.
Как подобрать тепловой отопительный насос воздух-вода
Правильно выбрав тепловой насос для отопления дома воздух-вода, можно раз и навсегда решить вопрос обогрева жилых и промышленных помещений. Подбор подходящей тепловой станции выполняют следующим образом:
- Тип корпуса – производители предлагают две базовых конструкции. Низкотемпературный моноблочный тепловой насос типа воздух-вода примечателен тем, что в помещении не устанавливается никакого оборудования, все необходимые узлы расположены на улице (либо в отдельном изолированном помещении). В дом входит только подающий и обратный трубопровод отопления. Сплит – системы, больше предназначены для бытового использования. Внешний блок устанавливается на улице и подключается к емкости накопителю. Разогретый фреон разогревает конденсатор, который методом косвенного нагрева передает тепло жидкости, используемой в качестве теплоносителя.
- Функциональные возможности – некоторые модели предназначены для подключения только к системе водяного обогрева здания. Применение других теплонасосов воздух-вода, подходит для отопления и горячего водоснабжения.
- Зависимость производительности от температуры окружающей среды – бытовые модели обычно ограничены температурой от +45°С до -15°С, можно приобрести оборудование, способное вырабатывать тепловую энергию даже при -25-32°С. Эффективность системы отопления дома с ТН воздух – вода, напрямую зависит от этого параметра.
Дополнительно, к параметрам при выборе, обращают внимание на мощность оборудования, компанию производителя, выпускающую теплонасос и себестоимость установки, включая проведение монтажных работ
Как сделать расчет необходимой мощности ТН воздух-вода
Существует два понятия, предварительный (в первом приближении) и проектный расчёт мощности. Первый можно выполнить самостоятельно, второй делает специализированное учреждение. В первом приближении, на каждый квадратный метр рассчитывают 70 Вт мощности ТН. Дальнейшие расчеты выполняют следующим образом:
- Подсчитывают общую отапливаемую площадь.
- Умножают полученную сумму на 0,7.
- Полученный результат будет соответствовать минимально необходимой мощности оборудования.
Чтобы обеспечить максимальную экономичность отопления дома с помощью теплового насоса системы воздух-вода, потребуется грамотная проектная документация и квалифицированное выполнение монтажных работ.
Производители тепловых насосов отопления воздух-вода
Буквально 10 лет назад, на рынке предлагались всего несколько моделей тепловых насосов. Сегодня выбор стал намного больше. Ведущие немецкие производители, российские, японские и китайские компании, выпускают оборудование, с той или иной долей теплоэффективности.
Судя по отзывам покупателей, наиболее востребованными являются насосы следующих компаний:
- Viessmann – более 30 лет занимается выпуском тепловых насосов. С тех пор, продукция компании существенно изменилась. Были учтены пожелания потребителей, внедрены новые технологии. В ТН Viessmann используется инновационная автоматика, полностью регулирующая весь процесс работы, оптимизирующая процесс обогрева, в согласии с погодными условиями.
- Buderus – модели отличаются высокой производительностью. Предназначены для бытового и промышленного применения. Полностью соответствуют особенностям отечественной эксплуатации. В серии Buderus предлагаются насосы для обогрева площади до 500 м² и выше.
- Stiebel Eltron – еще одна немецкая компания, пользующаяся неизменным спросом у отечественного потребителя. В качестве достоинств можно выделить большой ассортимент предлагаемого оборудования, функциональность устройств и возможность подбора по индивидуальным запросам. Модели Stiebel Eltron имеют высокий уровень СОР и отличаются экономичностью.
- Heliotherm – австрийские теплонасосы, имеющие один из лучших показателей СОР среди всего термального оборудования. Имеют официальное представительство в РФ, что во многом облегчает монтаж, обслуживание систем и выполнение гарантийных обязательств. Теплонасосами Heliotherm оснащены более 15 000 различных объектов.
Стоимость установки ТН воздух-вода
Последние модели тепловых насосов обойдутся в 160-1200 тыс. руб. Цена варьируется, в зависимости от производителя. На стоимость сильно влияет «раскрученность» бренда. Китайские модели, имеют меньшую цену, но и уступают по надежности и показателям СОР.
Монтаж теплонасосов воздух-вода обычно входит в стоимость. Большинство производителей, дополнительно, бесплатно делают проект и предоставляют другие услуги по обслуживанию. Рассчитать полную стоимость, включая покупку ТН и его установку можно с помощью он-лайн калькуляторов.
Особенности тепловой системы воздух-вода
Тепловой насос, которому посвящена эта статья, в отличие от других модификаций подобного устройства (в частности, вода-вода и грунт-вода), обладает рядом достоинств:
- экономит электричество;
- для установки не потребуются масштабные земельные работы, бурение скважин, получение специальных разрешений;
- если подключить систему к солнечным батареям, то можно обеспечить полную ее автономность.
Веское преимущество тепловой системы, извлекающей энергию ветра и передающей ее воде, заключается в стопроцентной экологической безопасности.
Перед тем, как приступать к конструированию насоса, необходимо выяснить, в каких случаях система проявляет себя максимально эффективно, а когда ее использование нецелесообразно.
Тепловая насосная система, извлекающая энергию из воздушной массы, может использоваться для подогрева всех видов теплоносителей, применяющихся на территории СНГ: воды, воздуха, пара
Специфика применения и работы
Тепловой насос продуктивно работает исключительно в температурном диапазоне от -5 до +7 градусов. При температуре воздуха от +7 система будет вырабатывать больше тепла, чем необходимо, а при показателе ниже -5 – недостаточно для обогрева. Это связано с тем, что концентрированный фреон, находящийся в конструкции, закипает при температуре -55 градусов.
Теоретически система может вырабатывать тепло и в 30-градусный мороз, но его будет недостаточно для обогрева, ведь теплопроизводительность напрямую зависит от разности температуры кипения хладагента и температуры воздуха.
Поэтому жителям Северных регионов, где холода наступают раньше, эта система не подойдет, а в домах Южных областей она сможет эффективно прослужить несколько холодных месяцев.
Если в помещении установлены стандартные батареи, то тепловой насос будет работать менее эффективно. Лучше всего устройство воздух-вода сочетается с конвекторами и иными радиаторами с большой площадью, а также с системами «теплый пол», «теплые стены» водного типа.
Также само помещение должно быть хорошо утеплено снаружи, обладать встроенными многокамерными окнами, обеспечивающими лучшую теплоизоляцию, чем обычные деревянные или пластиковые.
Тепловой насос лучше всего взаимодействует с водяной системой «теплый пол», не требующей нагрева теплоносителя свыше 40 – 45º С
Самодельный тепловой насос сможет эффективно обогревать дома площадью до 100 кв. м и гарантировано выдавать мощность в 5 кВт. Следует понимать, что фреон невозможно залить достаточно качественно в конструкцию, созданную в бытовых условиях, поэтому следует рассчитывать на температуру его кипения до -22 градусов.
Устройство домашней сборки идеально подойдет для снабжения теплом гаража, теплицы, подсобных помещений, небольшого частного бассейна и др. Система обычно используется в качестве дополнительного обогрева.
Электрокотел или иное традиционное оборудование для отопительного сезона потребуется в любом случае. Во время сильных морозов (-15-30 градусов) тепловой насос рекомендуется выключать, чтобы избежать растрат электроэнергии, ведь в этот период его эффективность составляет не больше 10%.
Тепловые насосы поставляют достаточное количество энергии для обогрева воды в крытых частных бассейнах (+)
Принцип действия системы
Рабочее вещество в конструкции – воздух. Через наружный блок, устанавливающийся на улице, кислород по трубам поступает в испаритель, где взаимодействует с хладагентом.
Фреон под действием температуры становится газообразным (поскольку закипает при -55 градусах) и в нагретом виде под давлением поступает в компрессор. Устройство сжимает газ, тем самым увеличивая его температуру.
Горячий фреон поступает в контур накопительного бака (конденсатора), где происходит отдача тепла воде, которую впоследствии можно использовать для организации отопления и ГСВ. В конденсаторе фреон лишается только части своего тепла, и все еще находится в газообразном состоянии.
Проходя через дроссель, хладагент распрыскивается, в результате чего его температура понижается. Фреон становится жидким и в таком виде переходит в испаритель. Цикл повторяется.
На рисунке схематически показана реализация принципа элементарного теплового насоса, разделенного компрессором и расширителем на два контура – высокого и низкого давления
Желающим самостоятельно соорудить тепловой насос из бросовых материалов и отслужившей техники, к примеру, из старого холодильника, поможет информация, изложенная в рекомендуемой нами статье.
