Обогрев за бесценок! тепловой насос для отопления дома: принцип работы устройства

Алан-э-Дейл       03.09.2022 г.

Содержание

Виды тепловых насосов

Для того чтобы полностью понимать, что это такое тепловой насос, можно ознакомиться с видами таких установок. По виду передачи энергии все устройства разделяются на две большие группы:

  1. Компрессионные, стандартные установки с неизменным набором оборудования.
  2. Абсорбционные. Устройства нового поколения, в которых рабочим телом является пара абсорбент-хладон.

Многие потребители знают градацию устройств по источнику тепла. Они бывают:

  1. Геотермальные, к которым относится водяной и грунтовый насос.
  2. Воздушные, добывающие тепло из атмосферы.
  3. Работающие от вторичных источников тепла на основе канализационных стоков, воздуха или воды.

Воздушный тепловой насос

Самой простой в монтаже разновидностью является воздушный тепловой насос для отопления дома. Стоимость установки такой системы значительно ниже, чем водяного и грунтового аналога. Система «выкачивает» тепло из атмосферы, поэтому эффективно отапливает дом в холодные месяцы и способна охлаждать его в жару. Самым большим недостатком разновидности является стабильная работа только при температурах воздуха не ниже -20℃. Падение столбика термометра ниже указанных показателей приведет к неполадкам в работе и выходу оборудования из строя.

Водяной тепловой насос

Сравнительно редко используется водяной тепловой насос для дома. Он использует тепло от грунтовых вод или близко расположенного водоема. Система обладает высокой эффективностью и стабильностью, ведь у воды высокая теплоотдача и незначительные колебания температуры в течение года. Однако, для установки системы такого типа необходимо соблюдение следующих условий:

  1. Наличие на участке достаточного объема грунтовых вод, глубина залегания которых не превышает 30-40 м и расположения вблизи водоема.
  2. Приемлемое качество воды с низким содержанием железа и других примесей, чтобы оборудование быстро не вышло из строя.

Грунтовой тепловой насос

Для подогрева хладагента в испарителе геотермальный тепловой насос получает тепло из грунта. Температура земли ниже уровня промерзания грунта практически неизменна круглый год, поэтому работа прибора не зависит от внешних погодных условий. В такой системе трубы со специальным антифризом располагаются в грунте вблизи отапливаемого объекта. Существует две схемы размещения труб:

  1. Горизонтальный коллектор. При таком способе трубы закапываются ниже уровня промерзания грунта горизонтально на большой площади.
  2. Геотермальный зонд. При такой схеме трубы устанавливаются вертикально, погружаясь в землю на 100-200 м. Способ затратен на этапе бурения скважин.

Что нужно знать?

Вы можете говорить о том, что раз тепловые насосы такие эффективные, то почему так слабо распространены. Все дело заключается в высокой стоимости оборудования и монтажа. Именно по этой простой причине многие отказываются от данного решения и выбирают, скажем, электрические или угольные котлы. Тем не менее отбрасывать данный вариант не стоит по многим причинам, о чем мы обязательно скажем в данной статье. Тепловые насосы после установки становятся весьма экономичными, так как используют энергию грунта. Геотермальный насос — это 3 в 1. Он сочетает в себе не только отопительный котел и систему ГВС, но и кондиционер. Давайте поближе познакомимся с данным оборудованием и рассмотрим все его сильные и слабые стороны.

Разновидности

Тепловые насосы могут отдавать тепловую энергию теплоносителю системы отопления или воздуху в отапливаемом помещении.

В качестве низкопотенциального источника тепла могут использоваться:

Окружающий воздух. Из-за технологических ограничений, связанных с температурой фазовых переходов существующих хладагентов, минимальная рабочая температура лучших ТН “воздух-воздух” или “воздух-вода” (то есть отдающих тепло воздуху в помещении или теплоносителю отопительной системы), не может опускаться ниже -25°С.

Воздушный Mitsubishi ZubadanМоноблочный ТН китайского производства

Вода из незамерзающего водоема или грунтовые воды. В последнем случае, на небольшом расстоянии друг от друга бурятся две скважины: первая служит источником воды, вторая выполняет функцию дренажа;

Схема теплообмена с грунтовыми водами

Грунт. Грунтовый теплообменник ТН может быть вертикальным (погруженным в скважины глубиной 20-100 метров) и горизонтальным (уложенным в траншеи или котлован на глубину, превышающую глубину промерзания грунта). Это решение обеспечивает наиболее высокое среднегодичное значение COP, и абсолютно независимо от климатических условий – но обходится заметно дороже альтернатив из-за большого объема земляных или буровых работ.

Укладка горизонтального коллектора геотермального ТН

Виды насосов

Выше мы уже рассказали, на какие категории можно разделить ТН в зависимости от того, какие типы источников тепла используются. Остановимся на них подробнее.

Геотермальные системы

В качестве источника тепла у ТН используется запасенная тепловая энергия земли. Такие насосы считаются самыми эффективными, потому что температура грунта остается постоянной в течение всего года.

Эти системы подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Но для их применения требуется довольно большая площадь под горизонтальные трубы. Для вертикальных систем необходимо выполнить значительные земляные работы.

Геотермальные с открытым циклом

В качестве теплообменника у ТН используется вода из водоема. Она после использования в качестве теплообменной жидкости снова возвращается в водоем. Допускается при наличии достаточного объема чистой воды и разрешения экологического законодательства.

Насосы закрытого цикла с теплообменником

Установка теплового насоса является самым эффективным вариантом, но в то же время и самым затратным.

Замкнутый тип ТН делится дополнительно на:

  1. Горизонтальные — самые эффективные при условии, что имеется доступ к большим по площади земельным участкам. Размещаются в траншеях, которые расположены ниже промерзания грунта.
  2. Вертикальные — используются в тех случаях, когда нет достаточного по площади земельного участка. Используются скважины глубиной до 200 метров — в них монтируются теплообменники.

Системы воздух-воздух, вода-вода и воздух-вода

Тепловую энергию воздушный ТН берет из атмосферы. Для монтажа такая конструкция отличается простотой.

Положительные свойства:

  • поставить оборудование так же легко, как подключить кондиционер или холодильник;
  • для установки не нужен большой теплообменник;
  • после подключения сразу готов к работе;
  • установка требует минимального обслуживания;
  • не нужно монтировать систему отопления;
  • обладает низкой стоимостью;
  • отсутствует бак-накопитель.

Но такой насос обладает и существенными отрицательными свойствами:

  • большая зависимость степени потребления электроэнергии от температуры уличного воздуха;
  • необходимость в резервном источнике тепла при сильных морозах;
  • наружный блок в морозы может обмерзать.

Воздух-воздух

Воздушный насос по принципу работы напоминает тот, что применяется в кондиционере в режиме обогрева с единственным отличием: ТН настроен на отопление, а кондиционер — на снижение температуры в комнате.

Принцип действия установки воздух — воздух заключается в следующем. Воздух, даже при низких температурах, имеет некоторое количество энергии. Только при абсолютном нуле тепловая энергия отсутствует. Большинство ТН способны получать тепло при температуре -15 °С. В настоящее время некоторые производители выпускают станции, сохраняющие отбор тепла при -30 °С. Забор тепла происходит при помощи испарения фреона, который циркулирует по внутреннему контуру. Для этой цели используется испаритель, в котором хладагент преобразовывается из жидкого состояния в газообразное. При этом поглощается тепло.

Следующим блоком, который расположен в этой системе теплоснабжения, является компрессор, который фреон из газообразного состояния превращает в жидкое. При этом выделяется тепло. Эффективность установки воздух — воздух напрямую зависит от температуры окружающей среды. Чем она ниже, тем производительность станции уменьшается.

Вода-вода

При такой системе во внутреннем контуре циркулирует легко испаряющаяся жидкость, например, фреон. В качестве контура внутри помещения могут быть водяные трубы, регистры или батареи, заполненные водой.

В качестве внешнего контура может выступать любой водоем с достаточно большим количеством воды — река, озеро или пруд. В этом случае теплоноситель забирает тепло из внешнего контура и отдает его контуру внутри помещения.

Воздух-вода

ТН типа воздух — вода является наиболее универсальной моделью. Она весьма эффективна в теплое время года, но в холодное время производительность существенно падает.

Простой монтаж является преимуществом системы — подходящее оборудование монтируется в любом месте. Тепло, которое удаляется из помещения в виде газа либо дыма, может повторно использоваться.

Водяной ТН берет тепло из грунтовых вод, которые прокачиваются через испаритель. Подобный ТН отличается неплохой эффективностью и повышенной стабильностью: эффективность — это результат значительной теплоотдачи воды. Разумеется, для использования установки такого типа нужно, чтобы грунтовые воды на территории имелись в достаточном количестве. Желательно, чтобы вода находилась не глубже 30 метров.

Классификация по конструкционному типу

Принцип работы геотермального отопления схож с принципом работы кондиционера или холодильника. Основным элементом является тепловой насос, включенный в два контура.

Принцип работы геотермального (теплового) насоса

Внутренний контур представляет собой традиционную систему отопления, состоящую из труб и радиаторов. Внешний – внушительных размеров теплообменник, находящийся под землей или толщей воды. Внутри него может циркулировать как специальная жидкость с антифризом, так и обычная вода. Теплоноситель принимает на себя температуру среды и «подогретый» поступает в тепловой насос, аккумулированное тепло передается внутреннему контуру. Таким образом происходит нагрев воды в трубах и радиаторах.

Геотермальный (тепловой) насос – ключевой элемент системы. Это компактный агрегат, занимает места не больше, чем привычная нашему взгляду стиральная машина. Если говорить о производительности, то на каждый 1 кВт потребленной электроэнергии, насос «выдает» до 4-5 кВт тепловой энергии. В то время как обычный кондиционер, который имеет схожий принцип работы, на 1 кВт затраченной электроэнергии «ответит» 1 кВт тепловой.

Схема устройства геотермального отопления в частном доме

Надо признать, что устройство этого вида отопления является самым дорогим и трудоемким на сегодняшний день. Львиную долю его стоимости составляет покупка оборудования и, конечно, земляные работы. Естественно, что бережливый хозяин задумывается, а нельзя ли сэкономить, например, на монтаже и сделать геотермальное отопление своими руками? Для того, чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться, какие же системы применяют чаще всего и уяснить особенности их устройства.

Горизонтальный теплообменник

Довольно часто используют горизонтальный контур, при устройстве которого трубы укладывают в траншеи на глубину большую, чем уровень промерзания почвы в данной местности.

Недостаток системы геотермального отопления с горизонтальным контуром — большая площадь, занимаемая коллектором

Недостаток – территория, занимаемая контуром, должна быть намного больше самого дома, так, для отопления здания площадью в 250 м², под трубы «уйдет» около 600 м². Не каждый застройщик может позволить себе подобную роскошь.

К тому же возникают неудобства, если участок уже облагорожен, приходится соблюдать, например, расстояние от деревьев (1,5 м) и многие другие нюансы.

Вертикальный теплообменник

Более компактный, но и более дорогой вариант – вертикальный теплообменник. Для его установки не потребуется большая площадь, но зато потребуется специальное бурильное оборудование.

Монтаж вертикального теплообменника требует использования специального бурильного оборудования

Глубина скважины, в зависимости от технологии, может достигать 50-200 м, зато срок ее службы до 100 лет. Особенно актуален этот способ, когда планируют геотермальное отопление загородного дома с обустроенной прилегающей территорией, он позволяет сохранить ландшафт практически в первозданном виде.

Водоразмещенный теплообменник

Наиболее экономичная геотермальная установка использует тепловую энергию воды. Ее рекомендуют, если расстояние до ближайшего водоема не превышает 100 м.

Водоразмещенный теплообменник является наиболее выгодным и следовательно более целесообразным для устройства

Контур из труб в виде спирали укладывают на дно, глубина залегания должна быть меньше 2,5-3 м, то есть глубже зоны промерзания. Площадь водоема – от 200 м². Главный плюс – нет необходимости выполнять трудоемкие земляные работы, но необходимо получить разрешение специальных служб. Затратив значительные средства на дорогостоящее оборудование, не стоит экономить на качественном монтаже. Ведь именно от него будет зависеть качество и эффективность всей системы.

Как видим, смонтировать геотермальное отопление дома своими руками не так уж просто. Из всех перечисленных видов, пожалуй, только последний вариант будет достаточно просто воплотить в жизнь самостоятельно. Но даже в этом случае стоит взвесить, все «за» и «против».

Что дешевле для отопления: электричество, газ или тепловой насос?

Приведем затраты на подключение каждого из типа отопления. Для представления общей картины возьмем Московскую область. В регионах цены могут отличаться, но соотношение цен останется прежним. В расчетах принимаем, что участок «голый» — без проведеного газа и электричества.

Затраты на подключение

Тепловой насос. Укладка горизонтального контура по ценам МО – 10 000 рублей за смену экскаватора с кубовым ковшом (выбирает до 1 000 м³ грунта за 8 часов). Система для дома в 100 м² будет закопана за 2 дня (справедливо для суглинка, на котором можно снять до 30 Вт тепловой энергии с 1 м.п. контура). Порядка 5 000 рублей потребуется для подготовки контура к работе. В итоге, горизонтальный вариант размещения первичного контура обойдётся в 25 000.

Скважина выйдет дороже (1 000 рублей за погонный метр, с учётом монтажа зондов, обвязки их в одну магистраль, заправкой теплоносителем и опрессовкой.), но значительно выгоднее для будущей эксплуатации. При меньшей занятой площади участка возрастает отдача (для скважины 50 м – минимум 50 Вт с метра). Покрываются потребности насоса, появляется дополнительный потенциал. Поэтому вся система будет работать не на износ, а с некоторым запасом мощности. Разместить 350 метров контура в вертикальных скважинах – 350 000 рублей.

Газовый котёл. В Московской области за подключение к газовой сети, работы на участке и монтаж котла «Мособлгаз» запрашивает от 260 000 рублей.

Электрический котел. Подключение трёхфазной сети обойдётся в 10 000 рублей: 550 – местным электросетям, остальное – на распределительный щит, счётчик и прочее наполнение.

Потребление

Для работы ТН с тепловой мощностью 9 кВт требуется 2.7 кВт/ч электроэнергии – 9 руб. 53 коп. в час,

Удельная теплота при сгорании 1 м³ газа – те же 9 кВт. Бытовой газ для МО выставлен по 5 руб. 14 коп. за куб.

Электрокотёл потребляет 9 кВт/ч = 31 руб. 77 коп. в час. Разница с ТН – почти в 3,5 раза.

Эксплуатация

  • Если подведён газ, то наиболее рентабельный вариант для отопления – газовый котёл. Стоит оборудование (9 кВт) минимум 26 000 рублей, месячная оплата за газ (по 12 ч/сутки) составит 1 850 рублей.
  • Мощное электрооборудование выгоднее с точки зрения организации трёхфазной сети и приобретения самого оборудования (котлы – от 10 000 рублей). Тёплый дом будет стоить 11 437 рублей за месяц.
  • С учётом первоначальных вложений в альтернативное отопление (оборудование 275 000 и монтаж горизонтального контура 25 000), ТН, расходующий электричества на 3 430 руб/месяц, окупится не ранее чем через 3 года.

Сравнивая все варианты отопления, при условии создания системы «с нуля», становится очевидным: газ будет не намного выгоднее геотермального теплонасоса, а обогрев электричеством в перспективе 3 лет безнадёжно проигрывает обоим этим вариантам.

С подробными расчётами в пользу эксплуатации теплового насоса можно ознакомиться, просмотрев видео от производителя:

Некоторые дополнения и опыт эффективной эксплуатации освещены в этом ролике:

Тепловой насос из кондиционера

Современные сплит-системы, особенно инверторного типа, успешно выполняют функции того же теплового насоса воздух – воздух. Их проблема в том, что эффективность работы падает вместе с наружной температурой, не спасает даже так называемый зимний комплект.

Домашние умельцы подошли к вопросу иначе: собрали самодельный тепловой насос из кондиционера, отбирающий теплоту проточной воды из скважины. По сути, от кондиционера тут используется только компрессор, иногда – внутренний блок, играющий роль фанкойла.

По большому счету, компрессор можно приобрести отдельно. К нему потребуется сделать теплообменник для нагрева воды (конденсатор). Медная трубка с толщиной стенки 1—1.2 мм длиной 35 м наматывается для придания формы змеевика на трубу диаметром 350—400 мм или баллон. После чего витки фиксируются перфорированным уголком, а затем вся конструкция помещается в стальную емкость с патрубками для воды.

Компрессор из сплит-системы присоединяется к нижнему вводу в конденсатор, а к верхнему подключается регулирующий клапан. Таким же образом изготавливается испаритель, для него сгодится обычная пластиковая бочка. Кстати, вместо самодельных емкостных теплообменников можно использовать заводские пластинчатые, но это обойдется недешево.

Сама по себе сборка насоса не слишком сложна, но здесь важно уметь правильно и качественно пропаивать соединения медных трубок. Также для заправки системы фреоном потребуются услуги мастера, не станете же вы специально покупать дополнительное оборудование

Дальше – этап наладки и пуска теплового насоса, который далеко не всегда проходит удачно. Возможно, придется немало повозиться, чтобы добиться результата.

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.
12,0 -30 руб.
CH-HP12SINM3 3ф 12,0 -30 552000 Р 16400 руб.
14,0 -30 руб.
CH-HP14SINM3 3ф 14,0 -30 593000 Р 20900 руб.
15,5 -30 руб.
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!

Установка теплового насоса

Стоимость теплового насоса достаточно высокая. И это даже если не считать вызова специалистов для его монтажа. Не каждый может позволить себе потратить большую сумму, даже с учетом того, что в течение трех лет насос полностью окупит себя. Сэкономить можно, если тепловая помпа будет установлена самостоятельно.

Для этого необходимо произвести предварительный расчет и сделать несколько глубинных скважин. Их глубина может варьироваться в пределах от 70 до 150 мм. Чтобы исключить попадание грунтовых вод на коллектор, перед самым началом бурением скважин следует произвести геологические исследования, после чего получить разрешение от соответствующих органов.

Соединение насоса со скважинами и земляным коллектором осуществляется посредством двух труб. А подключение его к накопительному резервуару и к отопительной системе происходит таким же образом, что и к воздушному тепловому насосу

Итоги

Современные тепловые насосы — это высокоэффективные устройства, которые легко обеспечивают 3-4 кВт тепла на один затраченный киловатт электроэнергии. Но стоимость самого оборудования и устройства первичного контура не многим по карману. Если же говорить о моделях воздух-воздух или воздух-вода, то хорошую эффективность они показывают при плюсовых температурах, с падением температуры их производительность сильно снижается (хотя последние линейки могут работать и до -40oC). Технология, несомненно, очень интересная и перспективная, но пока доступна немногим.

Возможно, вам интересна будет статья «Солнечное отопление: насколько эффективно?»

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.