Тепловой насос вода-вода: принцип действия, виды, особенности обустройства

Первые теплонасосы создали более полувека назад, сейчас их изготовление переросло в отдельную отрасль. Во всем мире работают сотни производителей тепловых насосов, предлагающих огромное количество разных моделей с большим набором различных функций. Сегодня теплонасосы — основной способ отопления в европейских странах. Это обусловлено множеством преимуществ этого оборудования.

Содержание

Принцип действия

Принцип действия теплонасосов простой. В основе работы находится способность хладагента поглощать или передавать тепло с учетом изменения своего агрегатного состояния. По сути, термонасосы практически не отличаются от холодильных установок.

Схематично теплонасос можно представить в виде системы, которая имеет три контура:

В первом контуре расположен тепловой носитель, который переносит энергию от источника низкопотенциального тепла.
В следующем циркулирует хладагент. Он может испаряться, забирая тепловую энергию из первого контура, или заново конденсироваться, передавая тепло третьему контуру.
В последнем контуре циркулирует теплоприемник (обычно вода), который переносит тепло по батареям для отапливания дома.

То есть жидкий фреон поступает в испаритель, в котором преобразуется в газообразное состояние. Требуемая энергия для прохождения этого процесса забирается у теплового носителя, который циркулирует по первому контуру. Затем нагретый на 2−3 градуса газообразный фреон поступает в компрессор, основное предназначение которого — сжатие газа.

Давление газа увеличивается, причем он сильно нагревается (на входе температура может составлять 7−12C, а на выходе более 50C). Далее горячий газ переходит в конденсатор и передает тепло отопительной системе, переходя при этом в жидкое состояние. После лишнее давление сбрасывается спусковым клапаном, и цикл повторяется.

Основные виды

Тепловая энергия, которая расходуется на отопление загородного дома и для подачи горячего водоснабжения, это результат преобразования энергии из внешней среды при помощи термонасоса. Помпа концентрирует эту низкотемпературную энергию и переносит ее по отопительной системе.

Чаще всего бытовые насосы используют тепло солнечного освещения или тепло поверхности Земли, которое скапливается в верхних частях земной коры или подземных водах на протяжении года. То есть по конструкции все теплонасосы можно разделить на воздушные, водяные и грунтовые.

Грунтовые помпы

Этот вид насосного оборудования получает тепло от грунта. Температура земли на глубине более 3 м почти не подвергается сезонным перепадам. По замкнутому контуру труб, устроенным в грунте, циркулирует этанол или антифриз. Трубопровод теплообменника можно прокладывать в грунте горизонтальным или вертикальным способом.

Трубы при горизонтальной системе нужно установить в землю ниже промерзания грунта (чаще всего это 1,6−2,1 м). Теплообменник этого типа занимает значительную площадь. Так, для отопления дома в 100 м² требуется примерно 10−20 м² земли.

На участке, который занят коллектором, можно высаживать только те растения, у которых корневая система не уходит в грунт очень глубоко, также запрещается сооружать какие-то капитальные постройки.

При устройстве вертикального теплообменника трубы устанавливают перпендикулярно уровню земли и погружают в грунт примерно на 150−220 м. Число монтируемых зондов будет зависеть от мощности обогревательной системы. То есть для отопления дома 100 м² потребуется 2 зонда длиной примерно 90 м, находящихся друг от друга с интервалом 4−6 м.

Для установки этого теплообменника не потребуется много места, можно сделать скважины на любом участке, где это возможно. Основной недостаток вертикальных систем — дорогая стоимость бурения глубоких скважин.

Водяное оборудование

Этот вид помп «забирает» энергию у подземных вод. Такой тепловий насос характеризуется высокой эффективностью и хорошей стабильностью. Это обусловлено отличной теплоотдачей внутри системы и постоянным термальным режимом подземных вод.

Естественно, требуется чтобы на территории участка находился в большом количестве этот водоносный слой (желательно не глубже 35−45 м). Также условием установки водяного оборудования является минимальное содержание в подземных водах железа и солевых примесей.

Наличие условий является основной причиной того, что такие теплонасосы, невзирая на их привлекательность, монтируются редко (примерно 6−7% от общего количества).

Воздушные агрегаты

В плане простоты установки воздушный тепловой насос для отопления дома имеет значительное преимущество, в отличие от своих аналогов. Для использования воздуха в качестве источника теплой энергии не потребуется бурить скважины либо выполнять иные масштабные земельные работы. То есть воздушная помпа в установке обходится намного дешевле, чем другие два вида насосов.

Невзирая на это огромное преимущество у воздушного оборудования существует один серьезный недостаток. Эта помпа может эффективно работать только при температуре воздуха выше -17C. Снижение температуры ниже установленной границы, что зимой часто случается во многих регионах, приводит к значительному уменьшению коэффициента эффективности этого оборудования.

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации (эффективности) — это соотношение выработанной помпой тепла с учетом затраченного электричества (то есть КПД термонасоса). У разных видов насосов этот коэффициент отличается:

В случае водяного оборудования коэффициент равняется 5 независимо от сезона. Это обозначает, что во время потребления 1 кВт/ч электричества система выдает 5 кВт/ч тепловой энергии.
У грунтовых помп коэффициент меньше — 4,1−4,5.
Самый низкий коэффициент у воздушных насосов, причем эффективность значительно зависит от температуры воздуха. Так при 0C размер коэффициента равняется примерно 3,6, а при -17C он не более 1,6.

При выборе теплового насоса для отопления это один из важных параметров, на который непременно нужно обратить внимание.

Использование с учетом климата

Воздушный тепловой насос для дома подходит для использования только в ограниченном количестве регионов, то есть в тех местах, в которых температура воздуха в зимнее время практически не опускается ниже нуля градусов. Естественно, для жителей Сибири, Крайнего Севера, Дальнего Востока это оборудование не подходит.

Для установки водяных термонасосов существует множество ограничений. Но основная особенность заключается в том, что больше половины территории государства расположена в зоне вечной мерзлоты.

Поэтому даже если и есть на участке этот водоносный слой, находящийся не очень глубоко, то все равно эти подземные воды полностью замерзли и имеют форму льда, соответственно, не подходят для отопительных систем.

Так, многим владельцам коттеджей нужно рассчитывать только на грунтовый теплонасос. Причем в условиях многих климатических регионов лучше всего подходит система с вертикальным коллектором, которая позволяет пробурить скважину до глубины, где температура относительно стабильна.

Применение для охладительных систем

Большим преимуществом термонасосов является то, что это оборудование может не только отапливать здание, но и охлаждать помещение.

Конструктивное решение возможности охлаждения зачастую интегрировано в теплонасос изначально, на этапе производства, и почти у всех изготовителей существую модели насосов, которые умеют кондиционировать дом (функция Natural Cooling).

Если насосное оборудование не имеет эту возможность, то его можно переделать. Для этого дополнительно потребуется смонтировать гидравлическую развязку, которая устанавливается вне насоса. Этот вариант не потребуют значительных капиталовложений.

Подавать генерируемый холод в здание можно различными способами. Такую функцию можно возложить на охлаждающие панели, устанавливаемые на поверхности стен, «холодный» теплый пол, отопительные радиаторы или фанкойл — агрегат, где в корпусе находится обдуваемый с помощью вентилятора теплообменник.

Для горячего водоснабжения

Все термонасосы могут не только отапливать помещение, но и круглый год подавать горячую воду. Но нужно учесть, что это оборудование является низкотемпературным, соответственно, температура воды в водонагревателе будет не более 40−50C. То есть объем бойлера обязан быть больше, чем во время эксплуатации обычной системы отопления. Поэтому может потребоваться жесткая экономия горячей воды в зимнее время.

Этот факт необходимо учесть при проектировании месторасположения и соответствующей площади для котельной.

Также во время выбора бойлера нужно не забывать, что для этого потребуется специальное оборудование, которое рассчитано на работу с тепловыми насосными установками.

Основное отличие этого бойлера от традиционного — большая площадь теплообменника, требующаяся для эффективной передачи тепловой энергии от термонасоса.

Со встроенным ТЭНом

Часто во время производства изготовители дополнительно встраивают в теплонасосы электрические нагреватели. Это позволяет при необходимости переходить на альтернативный для термонасоса источник энергии — электричество.

Это объясняется следующими факторами. Выбор теплонасоса для отопительной системы производится с учетом разных параметров, в частности и особенностями климата конкретного региона. Причем является нецелесообразным монтировать оборудование с избыточной мощностью. Просто экстремальные заморозки случаются редко.

Как показала практика, самым экономным способом «добрать» в эти холодные дни требуемую мощность — это электроэнергия. Это дешевле, чем изначально монтировать насос повышенной мощности. Наличие электрического нагревателя позволяет исключить необходимость устанавливать более мощный насос, чем это необходимо.

Для хозяев грунтовых или водяных теплонасосов установленный ТЭН не является необходимостью. Совершенно по-другому происходит ситуация с воздушным оборудованием. При температуре -17C этот насос будет малопроизводительным. Установка дополнительного теплового генератора в этом случае целесообразна.

Особенности выбора

Теплонасос — это устройство технически сложное и довольно дорогостоящее, потому подходить к приобретению этого оборудования нужно очень тщательно. Существует ряд рекомендаций, которые смогут в этом помочь:

Не стоит приступать к выбору теплонасоса без предварительного выполнения расчетов и разработки проектной документации. Не соблюдение этого правила может являться причиной серьезных ошибок, и исправить их можно будет только с помощью значительных дополнительных материальных затрат.

Доверить разработку проекта, установку и гарантийное обслуживание термонасоса и отопительной системы следует лишь профессиональной компании. Для начала нужно проверить наличие всех требуемых документов строительной организации, портфолио уже установленных систем, сертификаты на реализуемое оборудования. Лучше всего чтобы полностью комплекс требуемых работ производила одна фирма, которая в этом случае несет всю ответственность за установленную отопительную систему.

Желательно выбирать теплонасос от европейского производителя. Отличие по стоимости при выборе российских или китайских устройств незначительное. Во время разработки сметы стоимости работ по установке, запуску и наладке всей отопительной системы разница в цене почти незаметна. Но европейское оборудование надежней в эксплуатации, так как завышенная стоимость насосного оборудования — это только результат использования качественных материалов и современных технологий.

Тенденции к увеличению цен на природный газ, а также дорогостоящее подключение к тепловым и электрическим сетям, безусловно, являются основными факторами, дающими толчок популяризации теплонасосов. Сегодня многие застройщики и хозяева частных владений прибегают к установке альтернативных отопительных систем. И их количество ежегодно увеличивается.

Загрузка…

Принцип работы теплового насоса грунт-вода

г. Ярославль,ул. Угличская, 12

Накопленная под землей солнечная энергия — огромный запас энергии, который ждет своего часа! Посмотрите в окно. Что вы видите? Улицу? Дом напротив? Деревья и поля?Мы видим источник бесплатной энергии — почву!

ГАЛЬНЫЙ ТЕПЛОВОЙ НАСОС, УСТАНОВЛЕННЫЙ В ВАШЕМ ДОМЕ

Четыре функции одного устройства: ОТОПЛЕНИЕ, ОХЛАЖДЕНИЕ, ПОДОГРЕВ ВОДЫ ДЛЯ БЫТОВЫХ НУЖД И ВЕНТИЛЯЦИЯ С ПОМОЩЬЮ ОДНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСА.

С помощью геотермального теплового насоса NIBE можно выполнять все эти функ- ции. Распределение тепла с помощью воды в качестве рабочего тела происходит через радиаторы или установленную под полом систему отопления; охлаждение происходит путем использования вентиляторных доводчиков или все той же установленной под полом системы отопления.

Нулевой визуальный эффект:

ВСЕ КОМПОНЕНТЫ ВНЕ ДОМА НЕВИДИМЫ поскольку скважины, подземные или подводные коллекторы установлены под поверхностью земли, наличие теплового насоса не приводит к изменению внешнего вида вашего сада.

Коллектор верхнего слоя почвы:

ВОСПОЛЬЗУЙТЕСЬ ПРЕИМУЩЕСТВОМ БОЛЬШОГО САДА ДЛЯ СБОРА ВСЕЙ НЕОБХОДИМОЙ ВАМ ЭНЕРГИИ. При установке коллектора в верхнем слое почвы трубы располагаются примерно на глубине одного метра, что достигается ис- пользованием обычного оборудования для земляных работ. После прокладки труб ваш сад приобретает свой обычный вид, а систе- ма будет аккуратно спрятана под землей.

Коллектор грунтовых вод:

НЕГЛУБОКИЕ СКВАЖИНЫ НА УЧАСТКЕ ЗЕМЛИ, ПОД КОТОРЫМ НАХОДЯТСЯ ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ

Если под участком земли, на котором располагается ваш дом, находится источник воды, можно использовать данный экономически эффективный способ установки, при кото- ром требуется меньший объем буровых работ по сравнению с установкой коллектора в скважине. Для данного типа установки ре- комендуется установить дополнительный те- плообменник во избежание засорения испарителя.

Наружный датчик:
МИНИМИЗИРУЕТ ПОТЕРИ И ОБЕСПЕЧИВАЕТ ЭКОНОМИЧНУЮ РАБОТУ ТЕПЛОВОГО НАСОСА
Датчик устанавливается на внешней стене вашего дома и передает тепловому насосу сведения о температуре наружного воздуха, вследствие чего насос может изменять свою производительность в соответствии с меня- ющимися энергетическими нуждами дома.

Незамерзающий транспортный трубопровод:

БЕЗОПАСНАЯ И НАДЕЖНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ КРУГЛЫЙ ГОД

Трубы, использующиеся для доставки тепла от источника энергии до вашего дома, заполнены раствором воды, смешанной и антифризом. Это означает, что даже самой холодной зимой вы можете быть уверены в бесперебойной работе теплового насоса!

Озерный коллектор:

ЭКОНОМИЧЕСКИ ВЫГОДНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДОМОВ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА БЕРЕГУ ВОДОЕМОВ

Если ваш дом находится на берегу водоема, например озера, коллектор, который обыч- но устанавливается в верхнем слое грунта, можно закрепить на дне озера.

С помощью геотермального насоса можно собирать и использовать для обогрева дома солнечную энергию, накопленную в почве. Вот как это работает. Тепло накапливается под землей с первых дней весны, когда поверхность земли начинает оттаивать, до середины лета, когда солнечные лучи в середине дня проникают глубоко в грунт.

Ко времени, когда начинают облетать осенние листья, грунт накапливает достаточно тепла, чтобы обогревать ваш дом в течение всей самой холодной зимы.

Тепловой насос захватывает и улучшает это естественным образом накапливаемое тепло так, чтобы даже влажным и прохладным летом поставлять достаточное количество энергии для создания комфортных условий внутри помещения круглый год.

А если внутри дома в какое-то время станет слишком жарко, эту же систему можно использовать для охлаждения. Благодаря более низкой температуре под землей (от 4 до 12 градусов) система пассивного охлаждения также использует естественные природные ресурсы, но теперь уже для охлаждения, а не для обогрева.

Это удивительная система, и она работает в Швеции уже свыше 30 лет.

Почему стоит выбрать геотермальный тепловой насос?

Установки геотермального теплового насоса производства компании NIBE позволяет сократить энергопотребление на 80%. Такое уменьшение обусловлено тем, что геотермальный тепловой насос использует грунт, почву или близлежащее озеро в качестве главного источника энергии, а все эти типы энергии являются бесплатными.

Хотя тепловой насос и не окупится в течение первого месяца, вы мгновенно заметите финансовые преимущества, поскольку ваши счета за отопление будут существенно меньше.

Более того, эффективность тепловых насосов NIBE последнего поколения (имеющих особенно широкий рабочий диапазон) оказывает положительное влияние на скорость окупаемости ваших инвестиций.

ЧЕТЫРЕ типа подземных источников энергии

Под термином ≪подземный источник тепла≫ понимается четыре различных типа источников тепла: скважина, верхний слой почвы, грунтовые воды и водоем. Подходящий для вашей местности тип определятся такими факторами, как потребности здания в энергии, используемая в настоящее время система отопления и тип грунта, на котором стоит дом.

Компания «Маст » сможет помочь вам выбрать наиболее подходящий тип системы для вашего дома. Во всех четырех случаях тепловой насос отбирает запасенную энергию из одного из источников тепла и обеспечивает нагрев воды для батарей, нагревательных приборов под полом, ванных и душевых

Тепло горных пород – использование вертикального зонда.

В нижней подпочве так называемого ≪приповерхностного геотермического слоя≫ располагается источник тепла почти постоянной температуры, который можно использовать

круглый год. Тепловой насос отбирает запасенную солнечную энергию из коллектора, помещенного в отверстие, которое просверливается в горной породе. Глубина отверстия ва-

рьируется в диапазоне от 90 до 200 метров в зависимости от размера выбранного теплового насоса и требований местных строительных норм. Данный тип системы можно использовать во всевозможных типах зданий, больших или маленьких, частных или общественных. Для установки системы требуется немного места, вертикальный зонд можно расположить даже в самом крошечном саду.

Идеально подходит для обновления или перехода от системы отопления, использующей ископаемые виды топлива.

Верхний слой почвы — использование коллектора на поверхности

В течение лета солнечная энергия накапливается в почве. Энергия либо напрямую абсорбируется вследствие изолирующего влияния грунта, либо выделяется как тепло, создаваемое дождем и воздухом, из приповерхностного слоя грунта. Тепловой насос собирает запас солнечной энергии из подземного коллектора.

Подземный коллектор представляет собой шланг, заполненный антифризом, расположенный на глубине примерно 80—100 см, а его длина составляет от 250 до 400 метров в зависимости от размера выбранного теплового насоса. Использование такого типа энергии для обогрева является экономически эффективным методом.

Наибольшая эффективность достигается при использовании грунта с большим содержанием воды.

Экономически эффективный сбор энергии.

Грунтовую воду также можно использовать в качестве источни ка тепла, поскольку ее температура в течение всего года находится в диапазоне от 4 до 12 °C. Тепловой насос отбирает запасенную солнечную энергию из грунтовых вод. Обычно делают один колодец для забора воды и один колодец для возврата воды.

Надежный источник энергии для любого строения, где имеется легкий доступ к грунтовым водам.

Если ваш дом располагается на берегу источника воды, например озера, можно отбирать тепло воды в водоеме с помощью коллектора, установленного и закрепленного на дне озера.

Экономически выгодная система для домов, располо-
женных на берегу водоемов.

Отправляя данную форму, Вы подтверждаете свое согласие на обработку персональных данных и на получение специальных предложений по электронной почте.

Тепловой насос: принцип работы — особенности и виды

1. Откуда насос берет тепло?

2. Система отопления с тепловым насосом 3. Примерный расчет теплопроизводительности 4. Виды тепловых насосов 5. Преимущества тепловых насосов 6. Некоторые особенности эксплуатации насосов

Такой агрегат как тепловой насос принцип работы имеет сходный с бытовыми приборами – холодильником и кондиционером. Примерно 80% своей мощности он заимствует у окружающей среды. Насос перекачивает тепло с улицы в помещение. Его работа подобна принципу функционирования холодильника, отличается только направление переноса тепловой энергии.

Например, для охлаждения бутылки с водой люди ставят ее в холодильник, затем бытовой прибор частично «забирает» у этого предмета тепло и теперь, по закону сохранения энергии должен его отдать. Но куда? Все просто, для этого в холодильнике имеется радиатор, как правило, находящийся на его задней стенке. В свою очередь радиатор, нагреваясь, отдает тепло помещению, в котором стоит. Таким образом, холодильник отапливает комнату. До какой степени она прогревается, можно почувствовать в небольших магазинах жарким летом, когда включено несколько холодильных установок. А теперь немного фантазии. Предположим, что в холодильник постоянно подкладываются теплые предметы, и он обогревает комнату или его расположили в оконном проеме, открыли дверцу морозильной камеры наружу, при этом радиатор находился в помещении. В процессе своей работы, бытовой прибор, охлаждая воздух на улице, одновременно будет переносить тепловую энергию, которая есть снаружи, в здание. Точно такой имеет тепловой насос принцип действия. Функционирует тепловой насос, благодаря эксплуатации природных низкопотенциальных источников тепловой энергии, среди которых:

окружающий воздух;
водоемы (реки, озера, моря);
грунт и грунтовые артезианские и термальные воды.

Когда для обогрева используется тепловой насос — принцип работы его основан на интеграции в отопительную систему. Она состоит из двух контуров, к которым добавляется третий, представляющий собой конструкцию насоса. Теплоноситель, забирающий на себя тепло из окружающей среды, циркулирует по внешнему контуру. Он попадает в испаритель насоса и отдает хладагенту примерно 4 -7 °C, притом, что его температура кипения равна -10 °C. В результате хладагент закипает и дальше переходит в газообразное состояние. Уже охлажденный теплоноситель во внешнем контуре направляется на следующий виток для набора температуры.

Состоит функциональный контур теплового насоса из:

испарителя;
хладагента;
электрического компрессора;
конденсатора;
капилляра;
терморегулирующего управляющего устройства.

Процесс, как работает тепловой насос, выглядит примерно так:

хладагент после закипания, двигаясь по трубопроводу, попадает в компрессор, работающий при помощи электроэнергии. Это устройство сжимает хладагент, находящийся в газообразном состоянии, до высокого давления, что вызывает повышение его температуры;
горячий газ попадает в другой теплообменник (конденсатор), в котором тепло хладагента отдается теплоносителю, циркулирующему по внутреннему контуру отопительной системы, или воздуху в помещении;
остывая, хладагент переходит в жидкое состояние, после чего проходит сквозь капиллярный редукционный клапан, теряя давление, и затем снова оказывается в испарителе;
таким образом, цикл завершился, и процесс готов повториться.

Примерный расчет теплопроизводительности

На протяжении часа через насос по внешнему коллектору проходит 2,5-3 кубометра теплоносителя, который земля в состоянии нагреть на ∆t = 5-7 °C (прочитайте также: «Важно знать: как продумать расчет теплового насоса»). Чтобы рассчитать тепловую мощность данного контура, следует воспользоваться формулой:

Q = (T1 — T2) x V, где:

V – расход теплоносителя в час (м3/час); T1 — T2 — разница температуры на входе и входе (°C) . В зависимости от вида потребляемого рассеянного тепла тепловые насосы бывают:

грунт-вода — для их работы в водяной отопительной системе используются закрытые грунтовые контуры или геотермальные зонды, находящиеся на глубине (подробнее: «Геотермальные тепловые насосы для отопления: принцип устройства системы»);
вода-вода — принцип работы теплового насоса для отопления дома в данном случае основывается на использовании открытых скважин для забора грунтовых вод и их сброса (прочитайте: «Как подобрать водяной насос для отопления»). При этом внешний контур не закольцован, а система отопления в доме – водяная;
вода-воздух – устанавливают внешние водяные контуры и задействуют отопительные конструкции воздушного вида;
воздух-воздух – для их функционирования используют рассеянное тепло наружных воздушных масс плюс воздушная система отопления дома.

Преимущества тепловых насосов

Экономичность и эффективность. Принцип действия тепловых насосов, изображенных на фото, основан не на производстве тепловой энергии, а на переносе ее. Таким образом, КПД теплового насоса должен быть больше единицы.

Но как такое возможно? В отношении работы тепловых насосов используется величина, которая называется коэффициентом преобразования тепла или сокращенно КПТ. Характеристики агрегатов данного типа сравнивают именно по этому параметру.

Физический смысл величины заключается в определении соотношения между количеством полученного тепла и затраченной на его получение энергии. Например, если коэффициент КПТ равен 4,8, это означает, что электроэнергия в 1кВт, затраченная насосом, позволяет получить 4,8 кВт тепла, причем безвозмездно от природы.

Универсальное повсеместное применение.

В случае отсутствия доступных для потребителей линий электропередач работу компрессора насоса обеспечивают при помощи дизельного привода. Поскольку природное тепло есть повсюду, принцип работы этого устройства позволяет использовать его повсеместно.

Экологичность.

Принцип работы теплового насоса основан на малом потреблении электроэнергии и отсутствии продуктов горения. Используемый агрегатом хладагент не содержит хлоруглеродов и полностью озонобезопасен.

Двунаправленный режим функционирования. В отопительный период тепловой насос способен обогревать здание, а в летнее время охлаждать его.

Тепло, отобранное у помещения, можно применять для обеспечения дома горячим водоснабжением, а, если имеется бассейн, подогревать в нем воду.

Безопасная эксплуатация. В работе тепловых насосов отсутствуют опасные процессы – нет открытого огня, и не выделяются вредные для здоровья человека вещества.

Теплоноситель не имеет высокой температуры, что делает устройство безопасным и одновременно полезным в быту.

Автоматическое управление процессом обогрева помещений.

Принцип работы теплового насоса, достаточно подробное видео:

Чтобы обеспечить эффективную работу теплового насоса, необходимо соблюдать ряд условий:

помещение должно быть качественно утепленным (теплопотери не могут превышать 100 Вт/ м²);
тепловой насос выгодно использовать для низкотемпературных отопительных систем. Данному критерию соответствует система теплого пола, поскольку ее температура 35-40°C. КПТ во многом зависит от соотношения между температурой входного контура и выходного.

Принцип работы тепловых насосов заключается в переносе тепла, что позволяет получать коэффициент преобразования энергии величиной от 3 до 5. Другими словами каждый 1 кВт использованной электроэнергии приносит в дом 3-5 кВт тепла.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, компоненты, особенности установки

1 апреля 2019

Организовать эффективную отопительную систему для частного дома можно разными способами. Одно из лучших решений – конструкция с тепловым насосом вода-вода. Устройство позволяет построить безопасную с экологической точки зрения систему с высоким КПД.

Достаточно внушительные первоначальные затраты на покупку комплектующих и монтажные работы окупаются в течение нескольких лет. Учитывая рост цен на энергоносители, этот срок постоянно сокращается.

Применение теплового насоса типа вода-вода позволяет обеспечить стабильную комфортную температуру в помещениях там, где отсутствуют соответствующие муниципальные коммуникации.

Принципы работы теплонасоса вода-вода

Конструкция подходит для организации теплоснабжения дома или хозяйственной постройки, бесперебойного поступления горячей воды.

При этом забор тепла осуществляется из источников естественного происхождения: рек, озер, подземных вод. Даже в зимний период времени на глубине жидкость сохраняет положительную температуру.

Есть возможность извлекать и использовать тепло, получаемое от воды, даже в лютые морозы.

У теплового насоса вода-вода принцип работы связан с циклом Карно. Суть его в следующем: перемещающееся в закрытом контуре вещество под воздействием факторов физического и термического характера меняет агрегатное состояние. Оно становится жидким, после чего снова преобразуется в газ. При этом происходит высвобождение и поглощение большого объема тепла.

Комплектующие, из которых состоит теплонасос вода-вода:

компрессорная установка;
испаритель;
конденсатор;
расширительный клапан индукционного типа;
система, контролирующая в автоматическом режиме главные параметры;
многочисленные медные трубные магистрали;
хладагент.

Разберем подробнее, как работает тепловой насос вода-вода. Жидкость закачивается в трубки из источника в систему, где происходит ее взаимодействие с газом (фреоном). Он закипает при +2-3 градусах по Цельсию. Происходит поглощение части тепла фреоном и всасывание его компрессорной установкой. Там газ сжимается, вследствие чего нагревается.

На следующем этапе хладагент передается в конденсатор для нагрева воды. Жидкость может разогреваться до +80 градусов. Далее она движется по трубам отопительной конструкции.

После охлаждения вода направляется в испаритель, затем происходит слив жидкости в приемной скважине. Фреон после пребывания в конденсационном устройстве переходит в жидкое состояние.

Затем он направляется в дроссель, откуда возвращается в изначальный пункт. Далее происходит возобновление цикла.

Что учесть при монтаже теплового насоса своими силами

Имея хорошую теоретическую подготовку, можно выполнить монтаж теплового насоса вода-вода своими силами. Есть разные варианты реализации агрегата, которые подходят для организации отопления как в жилых домах, так и в хозяйственных сооружениях. Оборудование эффективно при работе с площадями 50-150 кв м.

При выборе теплонасоса важно учесть следующие нюансы:

степень жесткости воды,
наличие дополнительных функций,
режим работы агрегата,
мощность насосной установки,
дополнительное оборудование.

Качество жидкости, поступающей из открытого источника, колодца или подземной скважины, напрямую влияет на стабильность работы системы.

Далеко не каждый заводской или самодельный тепловой насос вода-вода способен эффективно функционировать при использовании жесткой воды, в которой содержится много железа и марганца. Важно также присутствие таких веществ, как аммиак, хлор, сероводород.

Если вода жесткая, лучше приобрести более дорогие комплектующие. Они будут дополнительно защищены от коррозии.

Режим работы и мощность установки

Насос вода-вода может быть единственным источником тепловой энергии или работать параллельно с другими системами.

В первом случае выполняется установка теплового насоса вода-вода, поддерживающего моновалентный режим функционирования.

Только с помощью таких агрегатов можно создать систему отопления, которая будет работать на 100% автономно. Во втором случае годятся приборы меньшей производительности, поддерживающие бивалентный режим.

Важно грамотно подобрать насосную установку по уровню мощности, исходя из потребностей. Если этот показатель избыточен, то электроэнергия будет расходоваться впустую, что влечет ненужные траты. Теплонасос также может иметь ряд дополнительных функций: систему автоматического управления, функцию подогрева воды, корпус с улучшенной изоляцией от шума и другие опции.

Дополнительные функции и оборудование

Схема теплового насоса вода-вода предполагает применение дополнительного оснащения. В системе могут использоваться:

погружной насос;
промежуточный теплообменник (позволяет предотвратить такое явление, как гидроудар);
насосные фильтры;
генератор электроэнергии для организации аварийного питания.

Фильтры очищают воду от грязевых частиц, камней, излишков марганца и железа, других элементов. Электрогенератор обеспечивает работоспособность техники при отключении центрального электроснабжения.

Монтаж теплового насоса вода-вода своими руками

На монтаже отопительной системы автономного типа можно сэкономить, если устанавливать тепловой насос вода-вода своими руками. В первую очередь необходимо приобрести компрессор, после чего прикрепить его к стене посредством кронштейна L-300.

Далее требуется отыскать бак из нержавейки емкостью минимум 100 л, который подойдет для изготовления конденсатора. Он разрезается пополам, после чего внутрь помещается змеевик (можно взять медную трубку от холодильника со стенками толщиной от 1 мм).

Изогнутое изделие подготавливают путем наматывания трубки из меди вокруг газового либо кислородного баллона.

На следующем этапе две части бака соединяют посредством сварки. Предварительно подготавливаются резьбовые соединения. Эксплуатация геотермального теплового насоса вода-вода невозможна без применения испарителя. Его можно изготовить из пластиковой емкости на 60-80 литров. Внутри нее также должен находиться змеевик. Испаритель крепится к стене посредством L-кронштейна подходящего размера.

Необходимо позаботиться о доставке и сливе воды. С этой целью можно использовать трубы, применяемые при обустройстве водопровода. После предварительной подготовки следует обратиться к специалисту по холодильному оборудованию для финальной сборки системы, проведения сварочных работ и закачки фреона.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, КПД, особенности

Принцип работы теплового насоса вода-вода основан на переносе тепла. Благодаря этому достигается высокий коэффициент преобразования (Coefficient of performance). Его часто по-старинке также называют КПД.

В отличие от геотермальных и воздушных, этот тип тепловых насосов получает тепловую энергию из подземных вод или водоемов. В этой статье мы рассмотрим, что такое тепловой насос вода-вода, как он работает, его устройство и особенности эксплуатации.

Принцип работы теплового насоса вода-вода

Как следует из названия, этот тип теплового насоса нагревает воду, которая в дальнейшем используется для ГВС (горячего водоснабжения), отопления и других нужд. Он имеет высокий КПД по сравнению с воздушными теплонасосами и намного меньшую стоимость монтажа чем грунтовые.

Принцип работы этого оборудования заключается в отборе тепла из водоема (озера, моря, реки) для отопления дома или другого помещения. Температура грунтовых вод не опускается ниже +5 градусов, а в водоемах она не достигает нулевой отметки. Относительно высокая температура источника термальной энергии обеспечивает хороший коэффициент энергоэффективности.

Варианты отбора тепла

Если рядом есть водоем – это идеальный вариант. В него погружаются трубы с рассолом (антифризом), длина и диаметр которых зависит от нужд в тепловой энергии.

Теплообменник — трубы с рассолом, которые погружаются в водоем.

Если водоема нет, можно использовать тепло грунтовых вод, но для этого придется устанавливать дополнительное оборудование – помпу для выкачки воды и ее сброса. При этом не всегда такой вариант выгоден – затраты на электричество и бурение скважины могут быть больше, чем на установку и эксплуатацию грунтового теплового насоса.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы

Устройство теплонасоса

Вся конструкция состоит из трех частей – магистрали для отбора тепла, собственно, теплового насоса и накопительного бака.

В тепловом насосе установлены конденсатор, испаритель, дроссельный вентиль, расширительный клапан или бачок, компрессор и теплообменник (если накопительный бак находится отдельно от ТН, то теплообменник находится в нем). В качестве теплоносителя используется фреон (хладагент).

Полный рабочий цикл

Рассол проходит через трубы, погруженные в воду, где нагревается до ее температуры (0 — +10), после чего отдает свое тепло хладагенту (фреону) в испарителе.
Компрессор сжимает хладагент, повышая его плотность, он конденсируется в жидкость.
Из-за изменения давления температура фреона растет, иногда достигая +90 и более градусов (зависит от модели и режима работы).
Через теплообменник хладагент отдает свое тепло в конденсаторе, где охлаждается до ее температуры.
Далее фреон переходит в газообразное состояние, из-за чего его температура понижается, а в дроссельном вентиле его давление падает до номинального и температура падает до минимальной.
Цикл повторяется снова.

Тепловой насос для отопления дома – принцип работыСхема теплового насоса, приведена для лучшего понимания полного рабочего цикла.

Нюансы установки

При выборе теплового насоса вода-вода важно просчитать условия его эксплуатации. Если магистраль погружается в водоем, нужно учитывать его объем (для замкнутого озера, пруда и т.д.), а при установке в реке – скорость течения. При неправильных просчетах трубы будут обмерзать льдом и КПД теплового насоса будет нулевым.

При отборе подземных вод нужно учесть сезонные колебания. Как известно, весной и осенью количество грунтовых вод выше, чем зимой и летом. А именно на зиму придется основное время работы теплового насоса.

Для выкачки и закачки воды нужно использовать обычный насос, который также потребляет электроэнергию. Ее затраты стоит включить в общие и только после считать эффективность и период окупаемости теплонасоса.

отличный вариант — использовать артезианскую воду. Из глубоких пластов она выходит самотоком, под давлением. Но придется устанавливать дополнительное оборудование, чтобы компенсировать его. Иначе могут пострадать узлы теплового насоса.

Единственный минус использования артезианской скважины — стоимость бурения. Затраты нескоро окупятся за счет отсутствия насоса для подъема воды из обычной скважины и закачки ее в землю.

Эффективность теплового насоса

КПД оборудования зависит от трех факторов – мощности компрессора, длины теплообменника и температуры воды, отдающей тепло. В среднем в холодное время года на 1 кВт затраченной электроэнергии ТН выдает 3-5 кВт тепла. Некоторые модели более эффективны, но это сказывается на их стоимости.

Тепловые насосы для отопления дома — отзывы владельцев

При использовании проточной воды в качестве источника тепла, эффективность выше, чем при использовании стоячей, так как охлажденная вода отводится течением. При использовании грунтовых вод КПД теплового насоса чуть ниже, так как есть энергозатраты на работу помпы.

Чем глубже располагается источник воды, тем мощнее потребуется насос. Соответственно, вырастет потребление электроэнергии и КПД будет ниже. То же касается расстояния до водоема.

Особенности эксплуатации

Во многих регионах бывают перебои с электричеством по разным причинам, что нужно учитывать. Поэтому стоит обзавестись генератором и запасом топлива на случай форс-мажора, или иметь резервный источник тепла – газовый или твердотопливный котел для отопления.

Генератор на случай отключения электричества обеспечит работу теплового насоса и бытовые нужды.

Если теплонасос не используется, с ним ничего плохого не случится при любой температуре. Хладагент не замерзнет, а трубопроводы и оборудование рассчитаны на работу при экстремально низких температурах.

При неправильном расчете мощности и протяженности теплообменника, он может обмерзнуть. Ледяная корка действует как своего рода шуба, которая мешает теплообмену. Некоторые модели имеют автоматический режим разморозки, а некоторые нужно переводить в этот режим вручную.

Во время работы тепловой насос не требует дополнительного обслуживания. Один раз в год стоит проводить его диагностику и профилактику – этого будет достаточно.

Срок службы оборудования зависит от производителя и нагрузок, но все качественные модели работают от 10 лет и выше.

Поэтому целесообразно использовать такой тепловой насос для отопления дома — стоимость тепловой энергии у него будет невелика.

Тепловые насосы российского производства

В статье мы рассмотрели основное про тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство и особенности. В других публикациях мы подробно остановимся на эксплуатации, обслуживании, плюсах и минусах такого оборудования.

Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

Тепловые насосы. Виды и устройство. Работа и применение

Комфорт и тепло в наших квартирах и домах обеспечивается с помощью источников энергии, независимо от погоды и времени года. Мало кто задумывается о том, что запасы топлива в виде угля, нефти и газа не бесконечны.

Чтобы не расходовать богатые ресурсы недр земли, и оставить некоторый запас для будущего поколения, ученые создали устройства, позволяющие использовать альтернативные источники энергии, возобновляемые с течением времени, одними из подобных разработок стали тепловые насосы.

Они работают на основе применения тепла, выделяемого поверхностью Земли, а также атмосферой. В Европе тепловые насосы уже давно используются для отопления жилья, как, например, стиральная машина, или кондиционер.

В нашей стране такое устройство еще не приобрело широкую популярность. Но постепенно такой вид тепла начинает практиковаться и в российских жилых помещениях, хотя цены на такое оборудование пока еще довольно высоки, и многим людям недоступны.

Виды

Тепловые насосы классифицируются в зависимости от применяемой в работе среды для получения энергии, и метода ее передачи.

Имеется несколько видов тепловых насосов:

Воздух – вода.
Воздух – воздух.
Вода – вода.
Вода – воздух.
Грунт – вода.

Тепловые насосы являются геотермальными, так как для их работы требуется энергия тепла земли или подземных вод. Такие насосы производят обмен тепла, действуя с закрытым или открытым циклом работы.

Устройство и принцип работы

В окружающей среде имеется множество источников тепла, работающих в постоянном режиме круглый год. Например, зимой в морозы температура воды в реке подо льдом имеет положительную температуру.

Такое же явление можно наблюдать и в глубине земли. Там температура всегда поддерживается на одном уровне, и равна средней величине за год данного района местности.

Воздух также имеет большой запас тепла.

График температуры в земле

Температура воздуха, земли и воды невысокая, но имеет определенную стабильность. Такие источники тепла можно назвать низкопотенциальными. С помощью современных высоких технологий и законов теплофизики можно преобразовать небольшую разницу температур в нагревание теплоносителя. Если зимой мороз 20 градусов, то в глубине земли температура 7 градусов тепла. Это уже значительный температурный перепад, которым можно воспользоваться для получения тепла.

Такие свойства стабильности температуры в окружающей среде заложены в принципе действия теплового насоса. Он перекачивает тепло из постоянного источника и концентрирует его.

Эту работу можно сравнить с действием холодильника. Продукты, которые мы кладем в морозильную камеру, имеют невысокую температуру.

Однако, если потрогать решетку теплообменника сзади холодильника, то она окажется горячей.

Холодильник не является удачным примером, так как в нем нет стабильного источника тепловой энергии. Для теплового насоса такой источник можно легко найти, или сделать искусственно. Тогда такое устройство будет работать по принципу, обратному работе холодильника. Он будет работать не для охлаждения, а для получения тепла.

Тепловые насосы состоят из системы с тремя контурами, по которым циркулирует теплоноситель

В корпусе насоса (1) расположены 2 теплообменника (4, 8), компрессор (7), контур циркуляции (5), регулирующие приборы и управление. 1-й контур в корпусе (1) с насосом (2) размещен в источник тепла.

При получении тепла от внешнего постоянного источника, и нагреваясь на несколько градусов, теплоноситель доходит до теплообменного устройства на основе испарителя (4), в котором осуществляется первый этап отдачи тепла, полученного из внешнего источника.

Вещество, применяемое в качестве хладагента для внутреннего контура, обладает очень малой температурой кипения. Чаще всего таким веществом является двуокись углерода, либо фреон.

Хладагент поступает в испаритель в жидком виде и низкого давления, что обеспечивается регулируемым дросселем (10). Входное отверстие выполнено в виде капилляров, что позволяет хладагенту перейти из жидкого состояния в газообразное. В этом способствует также и форма испарителя.

По физическим законам испарение сопровождается значительным охлаждением и поглощением тепла из внешней среды. Так как рассматриваемая часть внутреннего контура находится в одном теплообменнике с 1-м контуром, то хладагент отбирает тепло от теплоносителя, при этом охлаждая его. Охлажденный теплоноситель дальше циркулирует и набирает тепло из наружного источника.

Фреон, находясь в газообразном состоянии, попадает в компрессор (7), в котором сжимается и сильно нагревается. Дальше он поступает в другой теплообменник (8), в котором находятся трубы 3-го контура насоса (11) и конденсатор.

В этом теплообменнике начинается обратный процесс – фреон конденсируется, переходит в жидкость, при этом тепло отдает на теплоноситель 3-го контура. Находясь в жидком виде и при большом давлении, фреон проходит по дросселю, в котором давление уменьшается. Далее физические процессы изменения состояния фреона повторяются снова и снова.

В 3-й контур теплового насоса через теплообменник (8) поступает тепловая энергия от нагретого с помощью компрессии хладагента. Третий контур оснащен отдельным циркуляционным насосом (12), который создает перемещение теплоносителя по трубам системы отопления

Более рациональным решением может служить аккумулятор тепла в виде изолированной емкости (13), в которой станет накапливаться тепло.

Этот резерв тепловой энергии можно тратить для различных нужд: горячего водоснабжения, отопления, по мере надобности с постепенным расходом.

Такая мера дает возможность защитить себя на случай аварии, а также применять ночной тариф, при котором электроэнергия стоит дешевле.

При наличии буферной аккумулирующей емкости, к ней подключается отопительный контур (14) со своим отдельным насосом циркуляции (15), который обеспечивает движение теплоносителя по отопительной системе труб (16). Также можно подключить и другой контур для снабжения горячей водой.

Тепловые насосы не могут обходиться без электричества, которое требуется для работы компрессора. Насосы циркуляции контуров также расходуют электроэнергию. По расчетам специалистов и производителей таких установок, расход электроэнергии не сопоставим с количеством полученного тепла.

При правильной установке и нормальных условиях работы тепловые насосы обеспечивают значительный эффект получения тепла. Другими словами, при расходовании 1 кВт электроэнергии с помощью насоса можно получить на выходе около 4 кВт тепловой энергии.

Здесь большое значение имеет рациональное применение электричества для преобразования и перекачки энергии, которая приходит от стабильного внешнего источника тепла.

Полученное тепло от внешних источников можно расходовать на следующие нужды:

1 — Водяные теплые полы. Тепловые насосы поднимают температуру до 60 градусов, которых хватает для нагрева пола. 2 — Снабжение горячей водой. Чаще всего в системах горячего водоснабжения температура поддерживается 55 градусов. 3 — Радиаторы отопления. Такой температуры для радиаторов недостаточно. Можно увеличить число секций, либо применять особые низкотемпературные радиаторы. 4 — Кондиционирование воздуха. Эта функция тепловых насосов является их достоинством. В жаркое время такое устройство можно переключать на режим кондиционера. При этом тепло из помещения уходит в водоем или грунт.

Низкопотенциальные источники тепла

В роли таких источников могут использоваться: вода в водоемах, подземных источниках, колодцы, грунт, атмосферный воздух, либо теплые потоки воздуха, которые отводятся от цехов в промышленности. Рассмотрим некоторые из источников тепла.

Энергия грунта

Ниже границы промерзания грунта температура стабильна круглый год. Это явление применяется для действия тепловых насосов. Для таких систем выполняют специальные тепловые поля. На них снимается верхняя часть почвы на глубине 1,5 метра. Укладываются контуры из труб. Их эффективность зависит от климатических условий этой местности.

Энергия скважин

На небольшом участке можно пробурить скважину и забирать из нее тепло. Чем глубже скважина, тем более стабильной является в ней температура в любое время года. В нее опускается специальный трубчатый зонд с теплоносителем.

Энергия водоемов

Находящиеся рядом водоемы с достаточной глубиной, могут являться источником тепла. Зимой вода подо льдом находится в жидком виде, и имеет температуру больше нуля. Принцип действия при этом остается прежним: в водоем укладывается теплообменник в виде труб, по которым циркулирует теплоноситель.

Энергия воздуха

Для обогревания жилого помещения или для снабжения горячей водой тепло можно получать из окружающего воздуха. На этом принципе действуют насосы «воздух-воздух», и «воздух-вода». Это такой же кондиционер, переключенный в режим отопления и нагрева воды.

Достоинства и недостатки

Экономичность и рентабельность отопления.
Экономичное горячее водоснабжение.
Не требуется дымоход для отопления.
Бесшумность работы.
Экологическая безопасность системы, так как нет вредных выбросов в атмосферу и угрозы жильцам.
Взрывобезопасность и пожаробезопасность системы.
Тепловые насосы, изготовленные по современной технологии, являются универсальными устройствами, работающими как для отопления, так и для кондиционирования.
Действие системы насосов возможно под контролем автоматики, не требующей вмешательства человека.
Нет необходимости в профилактике и сложном техническом обслуживании.
Быстрая окупаемость оборудования для отопления. У разных специалистов этот вопрос является спорным.