Что такое тепловой насос?

Тепловой насос — это техническое устройство, предназначенное для передачи тепловой энергии от одного объекта к другому обладающими разными температурами. Конденсатор устройства выделяет тепло потребителю энергии, а испаритель — поглощает тепло.

Тепловые насосы работают в системах отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования.

Что такое тепловой насос?

Работа теплового насоса основана на использование тепловой энергии, находящейся в окружающей нас биосфере планеты (поверхность земли, окружающий воздух, водные объекты) и передаче ее теплоносителю, который, в свою очередь, передает ее потребителю.

Тепловой насос монтируется в систему потребителя, таким образом, чтобы испаритель насоса был соединен с внешним контуром системы, от которой получает тепло, а конденсатор – с контуром потребителя тепла.

Основная составляющая устройства – это компрессор, который создает давление во внутреннем контуре насоса, в котором циркулирует хладагент.

Тепловая энергия, накопленная (полученная) в наружном контуре системы, попадает на испаритель насоса. Под воздействием полученного тепла хладагент испаряется и под давлением, создаваемым компрессором, поступает на конденсатор. На конденсаторе хладагент переходит в жидкое состояние и выделяет большое количество энергии, которая передается теплоносителю контура потребителя.

Виды тепловых насосов

В зависимости от внешнего источника тепла и вида контура (системы) потребителя, тепловые насосы бывают 6-и видов, где в обозначении типа теплообменника, первый показатель определяет способ устройства внешнего контура, а второй – устройство внутреннего контура.

«Вода — вода»

В агрегатах данного вида забор тепловой энергии осуществляется из внешних объектов, путем поглощения ее теплоносителем внешнего контура, в контуре циркулирует вода либо иная жидкость. Циркуляция достигается путем установки насоса.

Контур может быть замкнутым или разомкнутым, вариант выбирается в зависимости от типа теплоносителя.

Во внутреннем контуре насоса, циркулирует фреон, который получая энергию от внешнего контура испаряется, поступает на конденсатор, где отдает полученное тепло теплоносителю потребителя.

«Вода – воздух»

В устройствах этого вида, энергия, собранная в наружном контуре, в котором циркулирует жидкость (вода или иной энергоноситель), поступает в теплообменники, где передается воздуху внутри помещения.

«Воздух – воздух»

У данного вида устройств, наружный контур размещается на наружной стороне здания, он является испарителем в этой конструкции насоса. Тепло от воздуха передается хладагенту, который нагревается и испаряется.

Далее, проходя через компрессор, сжимается ипоступает на внутренний блок – конденсатор, который располагается внутри здания.

Конденсатор отдает тепло воздуху внутри помещения в котором находится, хладагент вновь поступает на испаритель.

«Воздух – вода»

В устройствах этого вида тепловая энергия забирается из наружного воздуха. Воздух поступает в компрессор, где под действием давления повышается его температура, после чего поступает в теплообменник. В теплообменнике происходит конденсация подаваемого воздуха и передача энергии энергоносителю отопительной системы потребителя.

«Земля – вода»

Агрегаты данного вида основаны на получении энергии земли и передачи ее потребителям. В замкнутом наружном контуре, расположенном ниже уровня промерзания, циркулирует рассол (антифриз).

Циркуляция осуществляется посредством установки насоса.

Рассол поступает на конденсатор, где передает полученную энергию хладагенту, который, в свою очередь, передает ее системе отопления потребителя путем конденсации в теплообменнике насоса.

«Земля – воздух»

В аппаратах этого вида тепловая энергия, полученная рассолом, циркулирующим в наружном контуре, который расположен под поверхностью земли, передается в камерах теплообменника воздуху внутри помещения.

Как применяют тепловые насосы

В России тепловые насосы не так распространены, как в странах Европы и Америки, но, тем не менее, благодаря своим преимуществам, по сравнению с другими источниками тепла, находят все более широкое применение как у частных потребителей, так и у предприятий различной направленности и формы собственности.

Наиболее широко тепловые насосы используются для отопления и горячего водоснабжения индивидуальных жилых домов (коттеджей, дач).

Благодаря своей универсальности, тепловой насос в зимний период служит источником тепла, а летом – можно использовать в качестве кондиционера.

Одновременно, зимой и летом, тепловой насос обеспечивает потребителей горячей водой и осуществляет подогрев воды в бассейне.

Для отопления промышленных объектов, административных зданий также используются тепловые насосы различных видов.

Вид насоса и их количество, определяются месторасположением объекта энергообеспечения.

Популярностью пользуются тепловые насосы для подогрева воды в индивидуальных бассейнах и крупных аквапарках. Это обусловлено малыми затратами на их содержание, и незначительной тепловой нагрузкой потребляющих устройств.

Использование подобных устройств позволяет снизить затраты и уменьшить опасность функционирования пожароопасных и удаленных объектов, каковыми являются автозаправочные станции (АЗС), расположенные на автомобильных трассах.

Тепловые насосы используют и в сельском хозяйстве. Это и тепличные комплексы, здания для содержания животных и птицы, вспомогательные сооружения. Отопление подобных объектов снижает затраты на энергоносители, тем самым снижается себестоимость выпускаемой продукции и повышается ее конкурентоспособность.

Сколько стоит устройство

Стоимость тепловых насосов, различных видов и производителей, сильно разнятся друг от друга. На стоимость устройств влияет его мощность, способ использования и место приобретения.

«Усть-Каменогорский Завод Тепловых Насосов» (УКЗТН «СанДью») в Казахстане выпускает широкий спектр тепловых насосов с начала прошлого десятилетия.

В предоставленном ассортименте присутствуют:

  • Бытовые водяные типа «ВОДА – ВОДА» серии SDW EVI стоимостью от 150000,00 до 350000,00 рублей, в зависимости отмощности устройства.
  • Бытовые геотермальные типа «ГРУНТ – ВОДА» серии SDW(INV) стоимостью от 90000,00 до 100000,00 рублей.
  • Бытовые воздушные «ВОЗДУХ – ВОДА» серии SDA(INV), стоимостью от 150000,00 до 300000,00 рублей, в зависимости от мощности установки.
  • Бытовые гибридные «ГРУНТ – ВОЗДУХ — ВОДА» серии DROID SDU-INV, стоимостью от 200000,00 до 420000,00 рублей, в зависимости мощности установки.
  • Чиллеры – конвекторы «ВОДА – ВОЗДУХ» серии SDA-F, стоимостью от 150000,00 до 300000,00 рублей, в зависимости от мощности установки.
  • Промышленные водяные «ВОДА – ВОДА» серии SDW5/SDW10, стоимостью от 500000,00 до 1200000,00 рублей, в зависимости от мощности установки.
  • Промышленные чиллеры, состоящие из холодильной установки и теплового насоса «ВОЗДУХ — ВОДА» серии SDA10 S(D), стоимостью от 250000,00 до 500000,00 рублей, в зависимости от мощности установки.
  • Промышленные водонагреватели в едином моноблоке «ВОЗДУХ — ВОДА» для приготовления больших объемов горячей воды серии SDА HW, стоимостью от 250000,00 до 500000,00 рублей, в зависимости от мощности установки.

Из приведенных выше цифр, понятен уровень цен на данную продукцию, и т.к. данное предприятие специализируется именно на производстве тепловых насосов, то на этом примере возможно отследить все виды выпускаемых тепловых насосов для разных групп потребителей.

Можно ли сделать своими руками?

В связи с тем, что тепловые насосы различаются по типу теплообменников, то и своими руками можно собрать различные конструкции используя компоненты от оборудования различной направленности.

Рассмотрим изготовление теплового насоса по типу «вода-вода» используя б/у компрессор от холодильника.

Для изготовления понадобятся:

  • Компрессор от холодильника;
  • Трубки, предпочтительно из меди – для изготовления конденсатора;
  • Металлопластиковые трубы – для изготовления испарителя;
  • Терморегулятор (вентиль);
  • Изоляционный материал (поролоновая труба);
  • Фитинги для труб обоих видов;
  • Фреон;
  • Материалы для изготовления каркаса (уголок, профиль и т.д.);
  • Приборы управления и контроля (датчик температуры и давления, таймер и т.д.).

Из трубок изготавливаются теплообменники, для этого медные трубки вставляются в металлопластиковые, которые, в свою очередь, помещаются в изоляционные. По шаблону трубки изгибаются в форме змеевика, на концах монтируются фитинги для плотного соединения с системой подачи теплоносителей. Места соединения герметизируются. Изготавливается каркас для крепления компрессора.

Устанавливается компрессор и соединяется с теплообменниками. Система заполняется фреоном. К входу испарителя подключается внешний контур теплоносителя, а к выходу его отвод. Отопительный контур подключается аналогично с той лишь разницей, что он подключается к конденсатору.

Устанавливаем датчики температуры и давления, электрические приборы контроля и защиты – система готова к работе.

Плюсы и минусы использования

К положительным свойствам относятся:

  • Являются альтернативным, автономным источником возобновляемой энергии;
  • Экономичный источник энергии, не требующий значительных внешних воздействий (электрическая мощность устанавливаемого компрессора незначительна);
  • Универсальность использования;
  • Надежность эксплуатации и длительный межремонтный цикл;
  • Безопасность устройств для окружающей среды и людей;
  • Экологическая безопасность устройств.

К отрицательным свойствам можно отнести:

  1. Высокая стоимость устройства;
  2. Сложность и трудоемкость выполнения всего комплекса работ;
  3. Необходимость капитального ремонта после истечения срока эксплуатации, сопряженного со значительными материальными вложениями.

Источник: https://alter220.ru/geoterm/teplovoj-nasos-chto-eto.html

Отопление тепловыми насосами

Если вы решили обогревать свой загородный дом при помощи теплового насоса, обращайтесь в компанию «Гидроинжстрой» по телефону (495) 648-65-65 и заказывайте отопление тепловым насосом.

Наши специалисты, много лет работающие в сфере автономного теплоснабжения, разработают для Вас грамотный проект, подберут надежное оборудование, выполнят все необходимые земляные работы (при необходимости – пробурят скважину) и качественно смонтируют все элементы системы.

Существует множество вариантов отопления загородного дома. Но в последнее время все большее число людей обращают свои взоры на системы, источниками тепла для которых служат земля, вода и воздух. Оно и понятно: идея использовать себе во благо бесплатную энергию – весьма привлекательна. Для того чтобы перенести природное тепло в дом используются устройства, называемые тепловыми насосами.

Экономичность – главное достоинство отопления тепловыми насосами

Главный пункт в списке достоинств тепловых насосов – экономичность.

Тепловой насос не может работать без электропитания, но, потребляя 1 кВт электрической энергии, он выдает до 5 кВт энергии тепловой (у электрокотла, например, это соотношение 1:1).

Столь эффективная работа теплового насоса объясняется тем, что потребляемая электрическая энергия не преобразуется в тепловую (как в случаях с электрокотлом и электроотопительными приборами), а используется для переноса тепла «с улицы» в дом.

Типы тепловых насосов

В зависимости от типа источника, у которого отбирают энергию тепловые насосы, их можно разделить на два класса – воздушные и геотермальные.

  • Воздушные тепловые насосы, как следует из их названия, отбирают тепло у воздуха.
  • Геотермальные – используют тепло грунта, подземных (грунтовых, артезианских, термальных) и поверхностных (море, озеро, река, пруд) вод.
  • По источнику тепла и нагреваемой среде тепловые насосы делятся на следующие типы: «воздух–вода», «грунт–вода», «вода–вода», «воздух–воздух», «грунт–воздух», «вода–воздух».

То есть тепловой насос может передавать тепло от воздуха, грунта и воды воздуху в отапливаемом помещении, рабочей жидкости (вода, антифриз) отопительной системы или воде в системе горячего водоснабжения.

Воздушный тепловой насос

Создать наиболее экономичную (с точки зрения первоначальных затрат) систему отопления на основе теплового насоса позволяет вариант с тепловым насосом типа «воздух–воздух». Такая система отопления состоит из внешнего (испарительного) и внутреннего (компрессорно-конденсаторного) блоков.

Принцип работы воздушного теплового насоса заключается в том, что через один теплообменник (испаритель) хладагенту передается тепло наружного воздуха, а через другой (конденсатор) – хладагент отдает тепловую энергию воздуху в помещении или теплоносителю (тепловой насос типа «воздух–вода»).

Читайте также:  Обогрев дома тепловым насосом воздух-вода

Уязвимое место воздушных тепловых насосов – высокая зависимость их производительности от температуры наружного воздуха.

С максимальной эффективностью воздушный тепловой насос работает до –15°C, но уже, например, при температуре наружного воздуха в –20°C его производительность может составить 40% от номинального значения.

В связи с этим воздушный тепловой насос не может рассматриваться как единственный источник тепла для обогрева дома – он обязательно должен дублироваться резервным теплогенератором.

Геотермальный тепловой насос

Более эффективна, чем теплонасосная установка воздушного типа, система отопления на основе геотермального теплового насоса, «качающего» тепло из грунта или воды. Организация такой системы потребует гораздо бoльших затрат, чем воздушная, но высокие надежность и эффективность работы первой того стоят.

  1. Одним из элементов геотермальной системы является коллектор – пластиковая труба, уложенная на дне водоема или зарытая в грунте ниже глубины промерзания.
  2. По этой трубе, которая может укладываться различными способами (например, змейкой или петлей), циркулирует антифриз, собирающий грунтовое тепло или тепло воды.
  3. В испарителе хладагент, перешедший в газообразное состояние, забирает это тепло, а затем, после сжатия в компрессоре и перехода в жидкое состояние в конденсаторе, передает тепловую энергию системе отопления.
  4. Если поблизости от вашего дома нет открытого водоема, а площадь земельного участка не позволяет уложить горизонтальный коллектор, придется бурить скважину и устанавливать в нее коллектор вертикальный.

Это U-образная конструкция из двух труб с антифризом внутри, называемая еще зондом. В скважину опускают один или два зонда, а пространство между трубами и грунтом заполняют специальным раствором. Отметим, что в некоторых случаях выгоднее бурить не одну скважину, а несколько.

Главное, чтобы сумма глубин всех скважин соответствовала расчетной глубине.

Тепло из скважины может отдавать не только грунт, но и вода. Из всех источников тепла именно грунтовая вода отличается наибольшей теплоотдачей. Поэтому тепловой насос, источником тепла для которого служит вода из скважины, является одним из самых эффективных тепловых насосов.

Для реализации схемы с отбором тепла у грунтовой воды коллектор не потребуется – скважинная вода будет отдавать тепло, проходя через теплообменник теплонасосной установки. Поэтому тут потребуется пробурить две скважины – одну для забора воды, другую – для ее слива.

Режимы работы: сольный или комбинированный?

Как уже говорилось выше, работа теплового насоса воздушного типа должна быть подстрахована дополнительным источником тепла.

Геотермальные тепловые насосы вполне могут обойтись без такого резерва и самостоятельно справиться с решением задачи по отоплению вашего жилища (в этом случае принято говорить о моновалентном режиме работы теплового насоса).

Но довольно часто система отопления проектируется под бивалентный режим функционирования теплового насоса – то есть в комбинации другим теплогенератором.

Дело в том, что мощность теплового насоса можно рассчитать с учетом наиболее низких температур наружного воздуха. Для Москвы, например, минимальная расчетная температура равняется –26°C. Но очень низкая температура воздуха – дело нескольких дней.

Значит все остальное время (а это бoльшая часть отопительного сезона) тепловой насос не будет использовать все свои силы, на наращивание которых, между прочим, пользователем было потрачено немало средств.

Поэтому выгоднее иметь тепловой насос меньшей мощности, а в самые морозные дни использовать другой источник тепла.

Низкотемпературная система отопления

Учитывая тот факт, что тепловой насос не нагревает теплоноситель выше 75°C, идеальными устройствами для передачи тепла в помещения дома будут системы напольного или настенного отопления.

Они способны эффективно обогреть помещение, используя теплоноситель с низкой (не более 60°C) температурой.

Кроме того, в системе с тепловыми насосами могут применяться конвекторы с биметаллическим (медно-алюминиевым) теплообменником и стальные панельные радиаторы.

Тепловой насос или традиционная система отопления?

Тема тепловых насосов не обходится без упоминания их главного недостатка – высокой стоимости оборудования и монтажных работ. Действительно, первоначальные затраты на тепловой насос маленькими не назовешь, но все, как говорится, познается в сравнении.

  • Основную конкуренцию тепловому насосу составляет газовый котел.
  • Если газопровод, к которому вам необходимо подключиться, проложен в метре от вашего участка, то выбор очевиден – газовый котел.
  • Однако если газовую трубу необходимо тянуть издалека, то затраты на организацию отопительной системы на основе теплового насоса вовсе не покажутся большими.
  • Что касается других видов традиционных отопительных систем, то они проигрывают тепловому насосу либо в экономичности работы, либо в уровне автоматизации.
  • Например, электрокотел – это большой расход дорогостоящей электрической энергии, а твердотопливный теплогенератор довольно часто надо «подкармливать» дровами или углем.

Постоянного контроля со стороны человека требует и система отопления на жидком топливе (пожароопасность).

Из дома же с работающим тепловым насосом можно уехать на довольно продолжительное время, не опасаясь временных перебоев в электроснабжении (после возобновления электроподачи тепловой насос продолжит работу, сохранив все прежние настройки).

Достоинства теплового насоса

Главное преимущество теплового насоса перед традиционными системами отопления заключается в высокоэкономичной работе. Но у теплового насоса есть и другие достоинства:

  • Эффективность;
  • Высокая надежность;
  • Долговечность;
  • Взрыво- и пожаробезопасность;
  • Отсутствие в необходимости осуществления доставки и хранения топлив;
  • Высокая степень автономности;
  • Легкость в управлении и обслуживании;
  • Возможность работы в качестве кондиционера;
  • Экологичность.
  • Бурение скважин под тепловые насосы, для использования геотермальной энергии.
  • Геотермальный тепловой насос
  • Бурение скважин под тепловые насосы
  • Геотермальное отопление дома

Источник: http://www.burovik.ru/teplovye-nasosy.html

Отопление дома тепловыми насосами

Тепловой насос. Что это такое. Мы все чаще слышим это слово, когда перед нами встает задача решения вопросов обеспечения теплом. На самом деле эта «штука» была изобретена уже более 150 лет назад в Англии.

Если говорить «простым» языком, то это холодильник «наоборот». Представьте себе, что Вы ставите в холодильник кастрюлю с горячим супом. Что происходит? Холодильник начинает «отбирать» у кастрюли тепло и выбрасывать его «наружу».

В результате суп остывает, а от задней стенки холодильника исходит в помещение тепло.

Так вот, тепловой насос делает все тоже самое, но только «отбирая» тепло из окружающей среды и отправляя его в нужное нам место. Если говорить языком Википедии, то Тепловой насос — устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой.

Что же может служить источником такого тепла ?

Это, например, окружающий нас воздух. И тогда использующий подобный источник тепловой насос будет называться воздушным. Дальше такой тепловой насос может преобразовывать энергию в нагрев подаваемого в помещение воздуха, и тогда это будет насос типа воздух-воздух.

  • Или начнет нагревать воду, используемую в бытовых нуждах, и тогда это будет насос типа воздух-вода.
  • Это самые простые и дешевые типы тепловых насосов, отличающиеся одним большим недостатком – при падении температуры окружающей среды (т.е. воздуха) эффективность подобных насосов падает.
  • Правда речь идет о применении подобных систем при температурах в районе -20 оС.
  • Если мы живем в более теплых климатических условиях, то этот момент уже и не так страшен. Можно «собирать» тепло в грунте на глубине ниже глубины промерзания.
  • Там температура практически не меняется круглый год. Тепловые насосы, использующие тепло грунта или грунтовых вод называются «геотермальными».

Они же применяются при использовании тепла незамерзающих водоемов или тепловых выбросов промышленных обьектов. Эти тепловые насосы лишены недостатков воздушных тепловых насосов, связанных со снижением эффективности при понижении температуры окружающего воздуха. Источник тепла для них имеет практически постоянную температуру круглый год.

Но у них есть свои недостатки. Они дороги в установке и , следовательно, имеют больший срок окупаемости. Они требуют тщательного подхода в расчете системы. Малейшая ошибка в оценке геологии грунтов, надежности и постоянстве грунтовых вод может привести к потере больших денег.

Уже из нашей практики мы сталкивались с ситуациями, когда грунтовые воды меняли направление и глубину движения и установленное с учетом их использования оборудование оказывалось бесполезным.

Или когда неправильный анализ геологии, расчет баланса потребления и притока тепла, собственно неправильный монтаж геотермальных насосов приводил к «замораживанию» определенных объемов грунта и фактическому «замораживанию» оборудования. При использовании же тепла водоемов необходимо помнить о соблюдении законодательства о защите водных объектов. Это момент сразу резко снижает область применения геотермальных насосов с использовании тепла воды.

В чем же изюминка работы тепловых насосов

Все дело в том, что электрическая энергия, затрачиваемая на их работу в разы меньше вырабатываемой тепловой энергии. Что это? Чудо? Если представить себе тепловой насос в виде черного ящика, то он потребляет намного меньше, чем выдает.

  1. Коэффициент полезного действия выше единицы? А как же законы сохранения энергии? На самом деле ничего удивительного в работе тепловых насосов нет.
  2. Необходимо учитывать тот факт, что тепловой насос использует электрическую энергию не на нагрев, а на «концентрацию» энергии источника тепла, которым является воздух, земля, вода.
  3. Таким образом энергия на выходе из теплового насоса складывается из затраченной в компрессоре энергии на сжатие и нагрев фреона и тепловой энергии, взятой у источника тепла.
  4. Характеризуется все это таким параметром как коэффициент трасформации (или коэффициент преобразования теплоты) COP. У современных тепловых насосов он доходит до 3,5 – 4,5 .

Это означает, что при затратах 1 кВт электрической энергии насос выдаст 3,5 – 4,5 кВт тепловой энергии. Если исключить приток тепла от внешнего источника, то кпд насоса сразу станет меньше 1,0 утвердится торжество науки и законы сохранения энергии.

Теперь станет понятно почему воздушные тепловые насосы резко теряют в эффективности при понижении температуры до – 20 оС — просто в окружающем воздухе становится катастрофически мало свободного тепла. Так показатель СОР при температуре – 23 оС у насоса опускается до 1,78.

Принцип действия теплового насоса

Принцип действия теплового насоса показан на прилагаемой ниже схеме воздушного теплового насоса. Теплый воздух окружающей среды вентилятором прогоняется через испаритель, по трубкам которого прокачивается фреон.

Фреон, потребляя тепло внешнего источника, испаряется (т.е. переходит в газообразное состояние) и далее поступает в компрессор.

В компрессоре происходит сжатие газообразного фреона. Он переходит в жидкое состояние с резким нагревом. Далее этот горячий жидкий фреон поступает в теплообменник, где отдает тепло какому либо теплоносителю (например, воде).

Далее под давлением создаваемым компрессором уже холодный фреон подается на расширительный клапан.

Читайте также:  Как сделать солнечную батарею своими руками

На выходе из расширительного клапана давление фреона резко падает, он опять переходит в газообразное состояние при еще большем охлаждении и вновь подается на вход испарителя для приема новой порции тепла от внешнего источника. Цикл замкнулся. Начинается новый.

Примерно по этому принципу работают все тепловые насосы. Как видите – все довольно просто.
Использование тепловых насосов может дать экономию до 70 % от потребных энергоресурсов на отопление и горячее водоснабжение объектов. Однако специалистам нашей компании видится, что подобные системы экономически более выгодно использовать совместно с солнечными коллекторами.

В большинстве регионов России солнечные коллектора вполне могут обеспечить своего потребителя энергией с апреля по сентябрь месяц только за счет солнца, т.е. бесплатно. А вот в «плохие», с точки зрения солнечного излучения, периоды времени (особенно декабрь, январь) можно бы было подключать к работе тепловые насосы.

Использование подобных сочетаний и схем возможно практически во всех регионах России.

Виды тепловых насосов

Снижение затрат на отопление и горячее водоснабжение актуально для каждого домохозяйства. Использование энергии альтернативных источников стремительно набирает популярность.

Одним из устройств, позволяющих удовлетворить потребности в тепле и горячей воде без значительных затрат, является тепловой насос.

Тепловой насос представляет собой термодинамический агрегат, передающий тепло из внешней среды носителю внутри помещения. Источники тепловой энергии, использующиеся в процессе

функционирования такого устройства, разнообразны:- грунт;- вода;- воздух.

В зависимости от того, тепло какого источника абсорбирует насос, различают четыре основных вида таких агрегатов. Все они характеризуются низким энергопотреблением, большим ресурсом работы, экологичностью и надежностью. Рассмотрим каждый из типов тепловых насосов отдельно.

Геотермальный тепловой насос

Устройство геотермального насоса подразумевает использование в качестве источника тепла скважину, в которую опускается коллектор. Такой способ обеспечения тепловой энергией применяется при ограниченной площади участка. От глубины скважины зависит количество тепла, которое будет передаваться системе.

Для того чтобы достичь желаемого уровня, не обязательно бурить одну глубокую скважину. Несколько более мелких устройств обеспечат аналогичный эффект при условии определенного уровня их совместной глубины.

Популярным вариантом получения тепла является бурение двух скважин: одна для обеспечения постройки водой, вторая – для слива воды, которая уже охлаждена насосом до +1°C. Для того, чтобы отопить жилой дом площадью 100-150 м2, дебет скважины должен составлять 1,2-1,8 м3/час.Вторым вариантом использования такого теплового насоса является применение зондов.

Они представляют собой U-образные трубки, которые опускаются в скважину до известнякового горизонта, либо зонд с заглушенной обсадной трубой. В первом случае такие трубки вырабатывают до 100Вт тепла с 1 погонного метра, во втором – до 200Вт.

Стабильность подачи тепла таким насосом обеспечивает его высокую эффективность в любое время года.

Затрачивая 1 кВт электроэнергии в процессе откачки воды из скважины, насос вырабатывает 5 кВт тепловой энергии, что делает использование такой установки экономически выгодным и целесообразным.

Применение данного типа устройств особенно актуально в заболоченных местностях и грунтах с подземными водами.

Преимущества теплового насоса:

  • — не занимает большую площадь, нет необходимости в большом участке;
  • — стабильный уровень подачи тепла вне зависимости от погодных условий и времени года (температура воды в скважине поддерживается на уровне +8°C);
  • — не портит внешний вид дома и участка.

Недостатки:

  • — затратность монтажа (необходимость бурения);
  • — более высокая стоимость оборудования;
  • — необходимость проведения тщательных геоизысканий.

Тепловой насос «грунт-вода»

Тепловой насос типа «грунт-вода» обеспечивает аккумуляцию энергии из почвы. Это достигается благодаря тому, что коллектор с теплоносителем укладывают на глубину ниже глубины промерзания грунта, где температура всегда постоянна.

Энергия передается посредством жидких теплоносителей, залитых в пластиковые трубы. В качестве первых используют морозоустойчивые жидкости: этилен, пропиленгликоль, спиртосодержащие носители.

Каждая труба укладывается на расстоянии 0,8-1 м от соседней при условии, что ее диаметр составляет около 40 см. Такая конструкция может занимать относительно большую площадь участка.

Для того, чтобы обеспечить 10 кВт тепла, необходимо использование около 450-500 погонных метров подобных труб. Чтобы сократить площадь установки, применяют двухъярусные системы коллекторов.

Преимущества теплового насоса:- стабильная подача тепла (почва сохраняет температуру, предотвращая резкие колебания и перепады);- низкие затраты на установку;

— упрощенный монтаж, отсутствие необходимости в бурении.

Недостатки:
— необходимость в сравнительно большой площади участка.

Тепловой насос «вода-вода»

Тепловой насос, в котором в качестве источника тепла используется вода, по принципу действия схож с грунтовым насосом. В такой схеме тепло абсорбируется с помощью коллектора, который уложен на дно водоема. Источник энергии – солнечное тепло, которое нагревает воду в жаркое время года.

Для того чтобы такой коллектор держался дна, его утяжеляют грузом. При этом на 1 погонный метр трубы используют 5 кг груза.

По сравнению с земляным, контур такого водного коллектора для получения аналогичного количества энергии необходим более короткий (250-300 м пластиковых труб для выработки 10 кВт тепла).

  • Преимущества:- независимость от площади земельного участка;
  • — стабильность температуры водоема в жаркую пору года.
  • Недостатки:- ограниченный период эксплуатации;- сравнительно более высокая энергозатратность в холодное время года;
  • — необходимость согласования с природоохранными учреждениями.

Тепловой насос «воздух-вода»

Использование теплового насоса типа «воздух-вода» обеспечивает максимально простую установку и эксплуатацию. Такой агрегат не требует бурения и прокладки труб. Конструкция подразумевает использование внешнего блока с компрессором, который передает тепло извне внутреннему накопителю через теплообменник.

Все остальные элементы конструкции расположены внутри помещения, что защищает их от возможного негативного воздействия явлений окружающей среды.

Для климатических условий России необходимо, чтобы тепловой насос был работоспособным и при низких отрицательных температурах (что обеспечивается использованием в конструкции соответствующего компрессора и фреона).

Преимущества:- низкие затраты на монтаж;

— отсутствие необходимости дополнительного обслуживания.

Недостатки:
— понижение кпд теплового насоса при понижении температуры окружающей среды.

Для того, чтобы аккумулируемого тепла было достаточно для отопления и горячего водоснабжения даже в холодное время года, необходимо правильно рассчитать мощность всей системы. Обратившись за профессиональной консультацией и подбором оборудования, каждый пользователь обеспечит себя максимально подходящим вариантом теплового насоса!

Источник: http://du-alex.ru/teplovye-nasosy

Тепловой насос своими руками

Хорошей альтернативой традиционному отоплению загородного дома, особенно если нет возможности подвести газ, может явиться тепловой насос. Действие такого насоса основано на использовании новейших научных разработок в области использования различных альтернативных источников энергии. Требуемое тепло получается извлечением из земли, воздуха и воды.

У нас в России тепловые насосы пока новинка, но в других развитых странах они выпускаются и успешно применяются уже более тридцати лет. На нашем рынке низкий спрос можно объяснить двумя основными причинами:

  • незнание населением принципов действия и свойств тепловых насосов из-за практически полного отсутствия сведений об этом в средствах массовой информации и печати;
  • высокой стоимостью тепловых насосов.

Перед тем как сделать тепловой насос своими руками, необходимо остановиться на двух моментах: что это за агрегат и каковы принципы работы такого насоса.

Тепловой насос — это машина, которая поглощая из окружающей среды (земля, воздух, вода) низко потенциальную тепловую энергию может передавать её в системы теплового снабжения в виде нагретого воздуха или воды. Рабочим телом для теплопередачи является фреон.

Практически, тепловой насос — это холодильник с обратным действием, вместо холода вырабатывается тепло. Электроэнергия затрачивается только для перемещения фреона по внутреннему контуру насоса, поэтому затраты на неё относительно невелики.

Вся система работает при отоплении как котёл, а при охлаждении как кондиционер.

Принцип действия

Фреон, имеющий низкую температуру кипения, при прохождении через испаритель переходит из своего жидкого состояния в газообразное. Данный процесс происходит при температуре около минус пяти градусов и низком давлении в системе.

  • Из испарителя фреон в газообразном состоянии поступает в компрессор, в котором происходит его сжатие до создания высоких показателей давления и температуры.
  • Потом горячий газ проходит во второй теплообменник, конденсатор, в котором осуществляется процесс теплообмена между теплоносителем из обратки отопления и горячим газом.
  • Производительность теплового насосаФреон, отдав тепловую энергию системе отопления, охлаждается и вновь переходит в своё жидкое состояние, а теплоноситель, получивший тепло, поступает в систему отопления.
  • Давление фреона по-прежнему ещё высокое, но при прохождении через редукционный клапан, оно снижается.
  • Далее фреон вновь поступает в испаритель и снова повторяется весь цикл.

Использование теплового насоса вместо традиционных источников получения тепла имеет следующие несомненные преимущества: Отпадает необходимость денежных затрат на приобретение топлива, доставку и хранение. Высвобождается довольно значительная территория, занимаемая под котельную, помещения склада топлива и подъезда к нему.

  • Занимает минимум места, не нарушая интерьер дома и внешний вид фасада.
  • Для работы установки нет необходимости в проводке дополнительно никаких коммуникаций, достаточно обычной электрической бытовой сети.
  • При работе насоса не происходит выделение никаких вредных веществ, нет возможности отравления ядовитым газом или возгорания.
  • Тепловые насосы пожаро- и взрывобезопасны при эксплуатации.
  • Установка обеспечивает полноценное отопление дома зимой и заменяет кондиционер летом, работая в отличие от кондиционера, полностью бесшумно.

Тепловой насос

Тепловой насос может быть изготовлен из имеющихся в хозяйстве деталей или путем приобретения дешёвых бывших в употреблении запасных частей. Порядок изготовления установки следующий:

  1. Приобретаем готовый компрессор в специализированных магазинах или используем компрессор от обычного кондиционера. Закрепляем его к стене, где будет располагаться наша установка. Надёжность крепления обеспечивается двумя кронштейнами L-300.
  2. Изготавливаем конденсатор. Для этого из нержавеющей стали бак с объемом около ста литров разрезаем пополам. Устанавливаем в бак змеевик из тонкой медной трубки с толщиной стенки не менее 1 мм. Для змеевика можно приобрести сантехническую трубку или применить медную трубку от старого холодильника.

Змеевик изготавливаем следующим образом: на кислородный или газовый баллон наматывается медная трубка, важно выдержать небольшое расстояние между витками, которое должно быть одинаковым; для фиксации положения витков трубки берём два перфорированных алюминиевых уголка и прикрепляем их к змеевику таким образом, чтобы каждый виток нашей трубки был расположен напротив отверстия в уголке.

Уголки обеспечат одинаковый шаг расположения витков и придадут геометрическую неизменяемость всей конструкции змеевика.

  1. После установки змеевика, половинки бака свариваем между собой, предварительно вварив необходимые резьбовые соединения.
  2. Изготавливаем испаритель. Берем обычную закрытую ёмкость из пластмассы объёмом 60 или 80 литров. В неё вмонтируем змеевик из трубки диаметром в ¾ дюйма и резьбовые соединения для труб слива и поступления воды (допускаются обычные водопроводные трубы). Готовый испаритель также закрепляем на стене при помощи L -кронштейнов необходимого размера.
  3. Приглашаем мастера для сборки системы, сварки медных трубок и закачки фреона. Не имея опыта работы с холодильным оборудованием, не надо пробовать выполнить эту работу самостоятельно. Это может привести к выходу из строя всей конструкции и чревато получением тяжёлых травм.
Читайте также:  Организация бизнеса на солнечных батареях и производстве панелей

После готовности основной части нашей системы, необходимо выполнить её подсоединение к устройствам распределения и забора тепла.

Сборка установки забора тепла зависит от типа насоса и источника тепла.

Источник: http://StroySvoimiRukami.ru/teplovoj-nasos-svoimi-rukami/

Тепловой насос на даче: выгоды и проблемы

Можно ли потратить 1 кВт⋅ч электроэнергии, а взамен получить 3-4 кВт⋅ч тепла для отопления и горячего водоснабжения загородного дома? И платить по счетчику только за 1 кВт⋅ч, беспечно обогревая площадь в 30-40 кв. м? Да! Современные технологии творят чудеса. Именно о такой новаторской системе получения теплой воды мы сегодня и поговорим.

  • Затратив на входе 1 кВт⋅ч, на выходе она действительно дарит вам в 3-4 раза больше тепла.
  • Причем дарит в прямом смысле: казалось бы, ниоткуда, «из воздуха» появляется дополнительная энергия, которая материализуется в комфортном и теплом отдельно стоящем доме.
  • В этом и есть главный плюс чуда техники под названием «теплонасосные системы», а сокращенно — «тепловые насосы».
  • Разумеется, за таким четырехкратным экономическим эффектом стоят и самые современные технологии, и серьезная наука. Поэтому не судите строго за вынужденную сухость и «технократичность» изложения.

Всезнающая «Википедия» определяет тепловой насос как устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой.

По сути, тепловой насос аналогичен бытовому холодильнику, о сложной работе которого мы попросту не задумываемся.

Только там основная цель — производство холода: испаритель забирает тепло из камеры холодильника, а конденсатор «сбрасывает» его в окружающую среду. В тепловом насосе картина строго обратная.

Конструкция теплового насоса — это замкнутая система, в которую входят:

  • испаритель,
  • компрессор,
  • конденсатор,
  • расширительный клапан (дроссель).

Они соединены трубопроводами, по которым циркулирует хладагент (фреон). Но сам тепловой насос как таковой — лишь часть теплонасосной системы отопления. Его испаритель непосредственно связан с первым контуром системы — зарытым в грунт теплообменником, который передает низкопотенциальную энергию грунта хладагенту (второй контур).

  1. Получая тепловую энергию грунта из первого контура, хладагент нагревается, вскипает и переходит из жидкого состояния в газообразное (испаряется).
  2. Компрессор сжимает нагретый газообразный хладагент, при этом его температура повышается. Кстати, именно на работу компрессора в основном и уходит вся потребляемая из сети электроэнергия — тот самый условный 1 кВт⋅ч, о котором шла речь в начале статьи.
  3. Из компрессора подогретый фреон попадает в конденсатор. Здесь он охлаждается, отдавая свое тепло в контур системы водяного отопления дома (третий контур).
  4. Выходя из дросселя, фреон расширяется, его температура падает, в результате он переходит в жидкую фазу и возвращается в испаритель.
  5. После этого рабочий  цикл повторяется заново. Типичный бытовой холодильник, только работающий «в обратную сторону».

Исследователи и конструкторы теплонасосных установок разработали несколько вариантов отбора тепла у природы: из грунта, из воды и даже из воздуха. Практический интерес для российских дачников представляет случай съема тепла из грунта — прямо из земли садового участка.

При этом тепловая энергия грунта отбирается теплоносителем (обычно это незамерзающая жидкость на основе пропиленгликоля или этиленгликоля) первого контура. Известны два типа грунтовых теплообменников: горизонтальный коллектор и геотермальный зонд.

Это система труб, уложенных на глубине ниже уровня промерзания (то есть около 2 м) в специально вырытые траншеи. Трубы могут соединяться последовательно или параллельно, располагаться в одной плоскости или даже образовывать пространственную спираль.

Параметры такого теплообменника зависят от длины труб, которую рассчитывают исходя из:

  • потребной мощности насоса,
  • грунта данного места (влажный — лучше),
  • уровня солнечной радиации и т.д.

В любом случае площадь, занимаемая таким коллектором, сравнительно велика.

В средней полосе России примерное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 погонный метр трубы теплообменника, составляет 20-30 Вт. Это означает, что для обеспечения теплом коттеджа площадью около 50 кв. м потребуется коллектор площадью 150-200 кв.м.

На площадке, под которой располагается коллектор, можно сажать кусты и деревья, устанавливать малые архитектурные формы (беседки, перголы и арки, садовые скульптуры, стационарные садовые светильники и т.д.). Но какая-либо серьезная застройка там запрещена.

Такой запрет позволяет тепловым «запасам» грунта, остывшего за зиму, восстанавливаться естественным путем. А это происходит в том числе за счет летних дождей. Поэтому ничто не должно препятствовать проникновению влаги в почву. Так что «энергетическое поле» вашего участка будет представлять собой только садово-огородный ландшафт, даже без теплиц.

Вертикальный коллектор — другой тип грунтового теплообменника.

Он представляет собой вертикальную скважину глубиной 30-100 м (иногда и более), в которой размещается U-образный или коаксиальный (труба в трубе) теплообменник.

У него есть и другое название — геотермальный зонд.

Важнейшее преимущество вертикальных грунтовых теплообменников — в том, что для их устройства требуется минимальная площадь.

1. Один из лучших примеров на территории России — «Активный дом» под Москвой. Он сооружен в 2011 году и стал поистине символическим объектом в области энергоэффективности дачного строительства.В нем установлен тепловой насос, использующий 33% раствор этиленгликоля, который циркулирует в коллекторах охлаждения скважного исполнения. Для их производства на придомовом участке в шахматном порядке пробурили 8 скважин глубиной до 30 м.

В этом примере есть один очень важный, можно сказать решающий параметр: здесь четко определен радиус действия скважного модуля в 6 м. То есть одна скважина должна отстоять от другой не менее, чем на 12 м.

  • Главное достоинство установки — пресловутый расход 1 кВт⋅ч поступающей извне мощности для получения 3-4 кВт⋅ч тепловой энергии.
  • Серьезный недостаток таких теплообменников — немалая стоимость буровых работ, приближающаяся к цене импортного оборудования.
  • Тем не менее, в Московской области большинство установок приходится на долю тепловых насосных систем именно с вертикальными грунтовыми теплообменниками.
  • На видео ниже вы можете посмотреть, как вообще происходит бурение скважин и закладка в них геотермальных зондов:

2. Еще один пример, на этот раз из Набережных Челнов.

Компания Rockwool построила там энергоэффективный дом Natural Balance общей площадью 186 кв. м.

Отопление и горячее водоснабжение в этом доме обеспечивает тепловой насос. На приусадебном участке пробурили десять скважин глубиной по 35 м, в которые опустили теплообменники.

Трубы, соединяющие зонды с тепловым насосом, расположены на глубине более 1 м, поэтому площадка со скважинами используется как обычный садовый участок с плодовыми деревьями, огородом, цветниками, садовыми скамейками и прочими атрибутами современного загородного дома.

Уровень эффективности теплового насоса определяется коэффициентом преобразования (коэффициентом мощности), который показывает отношение полученной тепловой энергии к количеству электрической энергии, затраченной на работу компрессора.

В любое время года для тепловых насосов «грунт-вода» величина коэффициента составляет около 4. Это означает, что при потреблении 2 кВт∙ч электрической энергии установка производит 8 кВт∙ч тепловой энергии.

Я выбрал для примера скромные 2 кВт∙ч, потому что это тот минимум, который может получить одно домохозяйство в обычном садоводческом товариществе в регионе с ограниченным энергопотреблением. А мощности в 8 кВт∙ч тепловой энергии достаточно, чтобы отопить грамотно утепленный дом площадью до 100 кв. м и более.

Тепловые насосы могут работать не только в режиме отопления, но и в режиме кондиционирования всех комнат. То есть если собрать гидравлическую развязку в котельной, обычный тепловой насос можно использовать и для охлаждения.

  • У передовых котловых компаний уже есть модели тепловых насосов, которые легко переходят с одного режима на другой. Оба эти варианта не отличаются сложностью и не требуют больших вложений.
  • Читателям, которым в целом понравилась идея тепловых насосов, надо помнить, что традиционные  отопительные радиаторы не пригодны для охлаждения воздуха, а «теплые» полы превращаются в «ледяные».
  • Поэтому эффективное совмещение функций отопления и охлаждения возможно только при использовании воздушных систем отопления/кондиционирования.
  • Этот вариант распространен в США, где тепловой насос большую часть года работает именно в режиме охлаждения.

Расходы на эксплуатацию теплонасосных и традиционных газовых систем отопления примерно одинаковы. Поэтому при наличии магистрального газа разумнее использовать привычное газовое отопление, чем платить сотни тысяч рублей за тепловой насос и его обустройство.

Для примера можно привести цену теплового насоса мощностью 6 кВт производства компании Viessmann – 756 тыс. рублей.Схожие по мощности аппараты отечественного производства с импортными комплектующими обойдутся уже на 200 тыс. руб. дешевле.

Хотя учитывая легендарно заоблачные цены на подключение магистрального газа, теплонасосная система может стать экономически оправданной.

Если магистрального газопровода поблизости нет, выбор типа отопления заметно упрощается. Применять дизтопливо дорого, электричество — еще дороже. В последнем случае нередки строгие лимиты на электроэнергию. Именно в такой ситуации тепловой насос может быть наиболее выгодным вариантом. Он:

  • не требует пожароопасных емкостей с топливом, нуждающихся в периодической заправке, не говоря уже об отсутствии неприятных запахов и естественных выбросов продуктов сгорания;
  • окупается приблизительно через 7-10 лет. Хотя сейчас этот срок стал заложником курса российской валюты.

Тепловые насосы — это хорошо отработанные конструкции. Срок их службы до капитального ремонта — обычно 15-25 лет. По безопасности они эквивалентны бытовым холодильникам и превосходят любые газовые и дизтопливные котлы.   Европейский лидер по использованию тепловых насосов — Швеция, где в новых домах около 95% систем отопления основано на этой технологии.

За шведами с некоторым отставанием идут финны и немцы. Их энергетическая политика направлена на сокращение энергозависимости от стран с богатыми ресурсами. И тепловые насосы — лишь часть этой обширной программы.

В ее рамках в большинстве стран ЕС успешно внедрены системы поддержки производителей энергии из возобновляемых источников.

Так, сегодня у пользователей тепловых насосов есть привилегия — льготный тариф на энергию, которая тратится на работу таких аппаратов.

В Финляндии частному застройщику возвращается 20% от стоимости оборудования и 40% (в форме налоговых вычетов) — от суммы затрат на монтаж оборудования (до 2012 года было 60%).

В России судьба тепловых насосов не столь безоблачна. Гуманные цены на газ и отсутствие реальной заинтересованности в энергосбережении не позволяют рассчитывать на скорое развитие возобновляемых источников энергии.

Однако интерес реальных потребителей к этой теме растет с каждым годом.

И это легко объяснимо, ведь во многих случаях использование тепловых насосов становится практически единственной возможностью создать современную и экономичную систему отопления в загородном доме.

Источник: https://7dach.ru/Oleg_Sanko/teplovoy-nasos-na-dache-vygody-i-problemy-41534.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector