Виды тепловых насосов

Тепловой насос — один из вариантов, с помощью которого можно отопить частный дом зимой, кондиционировать помещения летом, нагревать воду для бытовых нужд. Устройства позволяют экономить на энергоносителях.

В условиях постоянного роста тарифов на электричество и газ, ухудшения экологической обстановки все чаще применяются альтернативные источники энергии. Тепловой насос (ТН) — один из вариантов таких систем, с помощью которого можно отопить частный дом зимой, кондиционировать помещения летом, нагревать воду для бытовых нужд. Устройства позволяют экономить на энергоносителях, не используют невозобновляемых природных ресурсов, что важно с точки зрения охраны окружающей среды. Рассмотрим виды тепловых насосов, их преимущества и недостатки, особенности эксплуатации.

Устройство и принцип работы

Теплонасос в общем виде состоит из:

  • компрессорной установки;
  • конденсаторного теплообменника;
  • испарительного теплообменника;
  • средств автоматики и присоединительной арматуры.

Компрессор требуется для сжатия и передачи по трубопроводам хладагента, в качестве которого в современных ТН применяются фреоны R410A и R407C, безопасные для озонового слоя.

При сжатии температура фреона стремительно повышается, под давлением до 40 бар он перемещается в конденсатор и передает тепловую энергию потребителю (адиабатический процесс). Потребителем может быть воздух или теплоноситель, который затем отдает энергию отопительной системе. Температура фреона понижается, он возвращается из газообразного состояния в жидкое (изотермический процесс).

Затем жидкий хладагент через вентиль-терморегулятор, применяемый для дозировки и снижения давления, поступает в теплообменник-испаритель. Вследствие падения давления при передаче по каналам испарителя фреон вновь превращается в газ. Температура снижается, осуществляется его нагрев от источника — воды, воздуха, земных недр. Затем уже холодный фреон перемещается в компрессор и рабочий цикл вновь повторяется.

Принцип работы теплового насоса

Таким образом, теплонасос сам не вырабатывает тепло, а лишь перемещает его в дом. Для работы требуется электроэнергия, которая расходуется в основном на компрессор. Для определения эффективности ТН используется показатель преобразования (СОР) — отношение полученной тепловой энергии к потребленной электрической. Параметр зависит от производителя и типа теплонасоса и находится в интервале от 2 до 6.

Виды тепловых насосов

В зависимости от технологии, применяемой для забора  и распределения энергии, конструкции оборудования и способов использования, различают следующие виды теплонасосов:

  • «воздух-воздух»;
  • «воздух-вода»;
  • «грунт-вода» (геотермальные);
  • «вода-вода».

«Воздух-воздух»

Источник энергии для такого типа устройств —  атмосферный воздух. По внешнему виду теплонасос не отличим от сплит-систем, способен нормально функционировать при температуре до -30°С, получая энергию из окружающей среды. Дом отапливается нагретым в конденсаторе воздухом.

Теплонасос «воздух — воздух»

Преимущества:

  • низкая стоимость;
  • удобство и скорость монтажа;
  • отсутствие утечек теплоносителя.

Недостатки:

  • невозможность организации горячего водоснабжения;
  • снижение показателя СОР при отрицательных температурах;
  • необходимость в монтаже внутренних блоков в комнатах, устройстве воздуховодов.

Тепловые установки «воздух-воздух» применяются преимущественно в домах с сезонным проживанием и не могут рассматриваться как  основное средство отопления.

«Воздух-вода»

Принцип действия системы идентичен предыдущему типу. Отличие заключается в нагреве не воздуха в комнатах, а теплоносителя, используемого в контуре ГВС и для отопления дома. 

Если помещения обогреваются с помощью обычных батарей, работа насоса менее эффективна. ТН «воздух-вода» следует использовать с конвекторами и радиаторами большой площади, а также низкотемпературными системами «теплые стены» и «теплый пол» с водяным теплоносителем.

Схема организации отопления и ГВС с помощью теплонасоса «воздух-вода»

Достоинства:

  • возможность организации горячего водоснабжения;
  • срок службы, надежность;
  • бурение скважин не требуется;
  • максимальная эффективность весной и осенью.

Недостатки:

  • невозможность использования при температурах ниже -20°С;
  • необходимость в размораживании наружного блока;
  • значительное снижение коэффициента СОР при отрицательных температурах (до 1,2).

Насосы «воздух-вода» в качестве единственного средства отопления могут 

устанавливаться лишь в теплых регионах. В средней полосе они зачастую монтируются вместе с иным отопительным оборудованием (пеллетными, твердотопливными, электрокотлами, каминами с водным контуром).

«Грунт-вода»

В качестве внешнего (геотермального) контура задействованы недра земли. Поэтому теплонасосы «грунт-вода» обладают важным преимуществом перед другими типами ТН —  стабильностью параметра СОР независимо от поры года и температуры воздуха.

Существует три способа сооружения геотермального контура:

  • горизонтальный;
  • вертикальный;
  • наклонный.

Горизонтальный контур

Для использования тепловой энергии земли требуется обустройство коллектора, занимающего значительную площадь. Система трубопровода располагается близко к поверхности, из-за чего производительность оборудования относительно невелика — 30-40 Вт на погонный метр контура. 

Глубина заложения полиэтиленовых труб принимается ниже линии промерзания грунта на 0,3-0,5 м и составляет порядка 1,3-2 м. В этой зоне температура остается положительной (от +3 до +15°С) на протяжении всего календарного года.

Площадь, отводимая под коллектор, зависит от площади дома, процента остекления, степени утепления. Для определения требуемого участка и диаметра труб требуется выполнение подробных теплотехнических расчетов.

Схема размещения ТН «грунт-вода» с горизонтальным контуром

Для обустройства горизонтального коллектора используется два способа:

  1. Грунт срезается на всей площадке, производится укладка труб теплообменника с интервалом 0,6-1,5 м. По завершении раскладки котлован обратно засыпается грунтом. Для производства работ используется тяжелая землеройная техника — бульдозеры, фронтальные погрузчики, экскаваторы прямая или обратная лопата.
  2. Укладка труб коллектора осуществляется за несколько этапов в канавы шириной 0,6-1,0 м. Для производства земляных работ используются мини-экскаваторы либо экскаваторы-погрузчики.

Преимущества горизонтального контура:

  • меньшая стоимость по сравнению с вертикальной укладкой;
  • возможность выполнения работ во время прокладки других инженерных сетей (канализации, водопровода);
  • стабильность работы системы независимо от поры года.

Недостатки:

  • невозможность выполнения при завершенном ландшафтном оформлении участка;
  • значительная занимаемая площадь, на которой запрещена посадка деревьев и другие работы по благоустройству;
  • необходимость обеспечения естественного попадания осадков и солнечного света.

Вертикальный контур

Система представляет собой куст скважин глубиной 30-200 м с опущенными на дно специальным оборудованием — геотермальными зондами. В этой зоне на протяжении многих десятилетий температура остается неизменной и возрастает примерно на 2-5°С через каждые 70-100 м. 

Схема размещения теплового насоса «грунт-вода» с вертикальным контуром

Преимущества

  • значительно сокращается необходимая для обустройства площадь в сравнении с горизонтальным контуром;
  • стабильность показателя СОР;
  • возможность установки теплового насоса в жилых домах, предприятиях промышленности.

Недостатки:

  • необходимость проведения предварительных инженерно-геологических изысканий;
  • задействование буровых установок и специального оборудования;
  • стабилизация теплоотдачи на 2-3 сезон эксплуатации.

Наклонный контур

Для установки теплового насоса с наклонным контуром требуется участок площадью всего 4 м2. Бурение скважин возможно даже в подвале дома.

В заранее обустроенной шахте глубиной 4 м в разные стороны под углом бурятся скважины. В них укладываются трубы, соединенные с расположенным в доме теплоприемником.

Во избежание промерзания грунта от наклонного контура пространство между землей и трубами заполняется строительным раствором с низкой теплопроводностью.

Размещение  теплового насоса «грунт-вода» с наклонным контуром

«Вода-вода»

Для получения тепла используются грунтовые воды. Они имеют постоянную температуру (более +7°С) и расположены на различной глубине. 

Подземные воды из скважины поднимаются посредством центробежного насоса и поступают на станцию тепломассообмена, где происходит передача энергии антифризу нижнего контура ТН. Эффективность работы теплонасоса зависит от глубины грунтовых вод и удаленности скважины от станции.

Организация отопления и горячего водоснабжения по принципу «вода-вода» имеет ряд ограничений по использованию:

  • необходимость обустройства дренажного колодца для отработанных вод;
  • отсутствие или значительная глубина залегания грунтовых вод;
  • нестабильность дебета скважины;
  • необходимость учета загрязненности и солевого состава воды во избежание засорения теплообменника. 

Заборная вода должна отвечать следующим параметрам: содержание магния и железа —  менее 0,5 мг/л, общая доля хлоридов —  не выше 300 мг/л. Выпадающие в осадок вещества должны полностью отсутствовать. При превышении допустимых концентраций требуется монтаж станций обессоливания и водоподготовки.

Монтаж систем «вода-вода» рационален, если в непосредственной близости расположена река либо иной водоем. Устройство отопления возможно только с закольцованным контуром, а в качестве теплоносителя должна применяться только вода. 

Тепловой насос «вода — вода»

Преимущества и недостатки тепловых насосов

Популярность тепловых насосов, используемых как для бытовых, так и для производственных нужд, обусловлена такими преимуществами:

  1. Экономичность и эффективность. Для подачи в систему отопления 1 кВт•ч тепловой энергии расходуется всего 0,2-0,3 1 кВт•ч электроэнергии.
  2. Возможность использования во всех регионах. 
  3. Экологичность. При работе теплонасоса не выделяются продукты горения, потребление электроэнергии крайне низкое. Используемый хладагент безопасен для окружающей среды, не содержит хлоруглеродов.
  4. Многофункциональность. Тепло, взятое у природы, можно направлять на обогрев дома зимой или охлаждение его летом, для организации ГВС, подогрева воды в бассейне.
  5. Безопасность. Отсутствие строгих требований к системам вентиляции помещений, высокий уровень пожарной безопасности.
  6. Бесшумность работы, компактность.
  7. Возможность автоматического управления работой системы, в том числе удаленного —  через интернет.

К недостаткам относятся:

  • высокая стоимость оборудования и работ по его монтажу;
  • необходимость в качественном утеплении дома.

Главным недостатком теплонасосов любого типа является недостаточный нагрев воды. Как правило, температура ее редко превышает 50-60°С.

Использование тепловых насосовэкономичное решение для эффективного обогрева и снабжения горячей водой частного дома. Оборудование абсолютно безопасно как для человека, так и для окружающей среды.

author

главный редактор

Автор публикации
Все про утепление и отопление дома и квартиры
Отзывы и комментарии
Обсуждения
Странная статья) прочитал, думаю странно как гипсокартон прикручивать к пароизоляции, увидел видео с
Смотрю на картинки прохода трубы через перекрытие и офигеваю: труба вплотную к деревянным конструкциям.
Мы в соц. сетях