Виды тепловых насосов

Посмотреть работу тепловых насосов онлайн

В условиях ухудшения экологической ситуации в мире и (что важнее для рядового потребителя) стремительного роста цен на газ и электроэнергию все больше потребителей пытаются внедрить альтернативные источники энергии в свою повседневную жизнь.
Одним из вариантов является тепловой насос, который использует теплый воздух для обогрева дома зимой и подачи воды для бытовых нужд, потребляя минимальное количество электроэнергии.
Итак, тепловой насос... Что это такое? На каких принципах основаны механизмы его работы?

Как работает тепловой насос?

Принципы работы тепловых насосов основаны на способности вещества (хладагента) поглощать или отдавать тепло при изменении его состояния. В конечном счете, эти насосы по сути аналогичны холодильным установкам. (Это странное, на первый взгляд, утверждение не было бы неожиданным, если бы вы хоть раз прикоснулись к горячей задней стенке типичного холодильника).
Схематически тепловой насос можно представить как систему с тремя контурами. Первый имеет систему охлаждения, передающую энергию от низкопотенциального источника тепла. Во втором контуре циркулирует хладагент (фреон), который периодически либо испаряется, либо конденсируется, отбирая тепло у первого контура и возвращая его в третий контур. Наконец, по третьему контуру «бежит» радиатор, в данном случае водяной, который по водяному контуру отдает тепло в систему отопления.
Цикл работы теплового насоса в целом описывается следующим образом. Жидкий хладагент поступает в испаритель, в результате чего он переходит в газообразное состояние. Энергия, необходимая для осуществления этого процесса, поступает от теплоносителя, циркулирующего в первом контуре. Дополнительно газообразный хладагент нагревается до нескольких градусов, после чего засасывается в компрессор, основное назначение которого — сжатие газа (конечно, для выполнения этой задачи требуется электричество).
Давление газа значительно возрастает, но температура остается прежней: если температура хладагента на компрессоре 6-10 градусов Цельсия, то на выходе уже 60 градусов Цельсия. Далее нагретый газ направляется в конденсатор, где отдает полученное тепло системе. Затем избыточное давление сбрасывается через дроссель, и процесс начинается снова.

Варианты тепловых насосов и систем

Тепловая энергия, необходимая для обогрева здания и системы горячего водоснабжения, получается в результате преобразования энергии окружающей среды с помощью теплового насоса.
Большинство бытовых тепловых насосов используют тепло солнца и внутреннюю температуру земли, которые аккумулируются верхними слоями земли в течение года.
В зависимости от конструкции первичного контура теплообменника все тепловые насосы подразделяются на грунтовые, водяные и воздушные.

Грунтовые тепловые насосы

Геотермальные тепловые насосы получают тепло, необходимое для нагрева хладагента в испарителе, из земли. Температура на глубине нескольких метров практически не зависит от сезонных изменений. Хладагент циркулирует по замкнутой системе труб, закопанных в землю.

Хладагентом служит либо этиленгликоль, либо пропиленгликоль в качестве основного ингредиента, реже он состоит из воды и этанола в качестве вторичного ингредиента. Трубы, передающие тепло, могут быть проложены как горизонтально (горизонтальный коллектор), так и вертикально (геотермальный зонд).
Горизонтальные трубы закладываются в землю на глубину, которая ниже глубины промерзания грунта в конкретном регионе (обычно 1,5-2 метра). Система теплообмена занимает значительное место. Например, для выработки тепла для относительно небольшого дома площадью 100 м2 под проект придется отвести полутора гектаров земли. Важно понимать, что на территории коллектора можно сажать только деревья и кустарники с неглубокими корнями, никакие постройки здесь размещать нельзя.
Геотермальный зонд представляет собой теплообменник, который располагается вертикально и заглубляется в землю на 100-200 метров. Количество установленных шахт зависит от мощности, необходимой для установки. Для обогрева жилого дома, о котором говорилось выше в качестве модели, будет достаточно двух длиной примерно 80 метров, расположенных на расстоянии 5 метров друг от друга.

Водяные тепловые насосы

Энергия насосов водонагревателя извлекается из грунтовых вод, которые для этого передаются на испаритель агрегата. Для этого типа систем характерна повышенная эффективность и долговременная стабильность: первая – за счет повышенной теплоотдачи от воды, вторая – за счет постоянной температуры в грунтовых водах.

Конечно, для эксплуатации такого типа установки необходимо, чтобы эти самые подземные воды были доступны на вашей территории и в значительном объеме. Крайне важно, чтобы водоносный горизонт находился не глубже 30-40 метров.
К сожалению, сочетание этих двух условий встречается редко. Их невыполнение может стать препятствием для установки насоса данного типа в вашем доме или на даче. Кроме того, в воде не должно быть солей, железа и других примесей.

Использование тепловых насосов в условиях российского климата

Прочитав приведенные выше описания различных типов тепловых насосов, вы легко сможете определить, какой из них наиболее подходит для использования в условиях российского климата.
Воздушно-тепловые насосы подходят для использования только в ограниченном количестве регионов страны — как правило, только в районах, где температура зимой редко опускается ниже нуля. Конечно, жителям Сибири, Дальнего Востока и северной части европейского региона России не стоит даже думать о кондиционерах, как об основных средствах обогрева.
При использовании тепловых насосов, использующих воду, существует множество препятствий. Мы уже обсудили некоторые из них, пора рассказать еще об одном. Более трети территории страны находится в зоне вечной мерзлоты. Даже если кому-то, проживающему в восточной части Сибири или северной части Дальнего Востока, «посчастливилось» иметь в своей местности не слишком глубокие грунтовые воды, эта вода все равно находится в виде льда, а значит, не подходит для использования в системе отопления данного типа.
Таким образом, геотермальные тепловые системы можно считать наиболее подходящим альтернативным вариантом для использования в условиях российского климата.

Использование теплового насоса для охлаждения помещения

Одним из существенных преимуществ тепловых насосов является то, что они могут и обогревать и охлаждать дом. Наше короткое русское лето иногда бывает очень жарким, и когда в доме становится жарко, возможность превратить обогреватель в кондиционер будет кстати.
Техническое решение этой задачи изначально заложено в тепловом насосе; на этапе изготовления почти все производители имеют помпу, способную охлаждать воздух в помещении (режим Natural Cooling).

Тепловой насос для горячего водоснабжения

Любой тепловой насос, способный как нагревать, так и производить горячую воду, может работать круглый год. Однако важно учитывать, что эта система рассчитана на низкие температуры, поэтому температура воды в бойлере не будет превышать 45-55 градусов Цельсия. Это значит, что объем котла должен быть больше, чем при стандартной системе отопления, иначе вам и вашим домочадцам придется жить в условиях экономии горячей воды.
Это следует учитывать при выборе места для котельной, даже при проектировании дома. Кроме того, при выборе котла необходимо учитывать, что он должен быть оснащен специальным оборудованием, предназначенным для использования в системах с тепловым насосом. Основным отличием этого типа котла от обычных моделей является увеличенная площадь теплообменника, это необходимо для эффективной передачи тепла от теплового насоса.

Тепловые насосы с дополнительным нагревательным элементом (ТЭН)

Производители нередко добавляют к своим тепловым насосам дополнительные электрические нагреватели. Встроенный нагреватель позволяет при необходимости перейти на альтернативный источник энергии для теплового насоса – альтернативой является электричество.

Советы и рекомендации

Тепловой насос технически сложен и дорог, поэтому к его выбору следует подходить с осторожностью. Чтобы не ошибиться, вот несколько конкретных рекомендаций.

Не начинайте процесс приобретения насоса без предварительных расчётов мощности и точного проекта.
Доверьтесь профессионалам, ответственным за проектирование, установку и обслуживание тепловых насосов и систем отопления, следование этому совету, самый надежный способ избежать лишних трат.
Мы рекомендуем отдавать предпочтение тепловым насосам европейского производства.