Обзор тепловых насосов для отопления

Отбор теплоты от воздуха

Эффективность и выбор определённого источника тепловой энергии сильно зависят от климатических условий, особенно, если источником отбора тепла является атмосферный воздух. По сути, этот тип более известен в виде кондиционера. В жарких странах таких устройств десятки миллионов. Для северных стран наиболее актуален обогрев зимой. Системы «воздух-воздух» и «воздух-вода» используются и зимой при температурах до минус 25 градусов, некоторые модели продолжают работать до -40 градусов. Но их эффективность невысока, порядка в 1,5 раза от затрат энергии, а за отопительный сезон в среднем около 2,2 раза по сравнению с электрическими нагревателями. При сильных морозах используется дополнительное отопление. Когда мощности основной системы отопления тепловыми насосами недостаточно, включаются дополнительные источники теплоснабжения. Такую систему называют бивалентной.

Что такое тепловой насос

Тепловой насос представляет собой парокомпрессионную установку, которая переносит тепло от холодных, низкопотенциальных источников тепла к горячим, высокопотенциальным. Тепло передается за счет конденсации и испарения хладагента, в качестве которого чаще всего используется фреон, циркулирующий по замкнутому контуру. Электроэнергия, от которой работает тепловой насос, тратится только на эту принудительную циркуляцию.

Принцип работы теплового насоса основан на так называемом цикле Карно, который прекрасно знаком вам по работе холодильных установок. На самом деле, бытовой холодильник, стоящий на вашей кухне, также является тепловым насосом.

Когда вы помещаете в него продукты, пусть даже холодные, но температура которых все-таки выше, чем температура в камере холодильника, по закону сохранения энергии выделяемое ими тепло никуда не девается.

Поскольку температура внутри повышаться не должна, тепло выводится наружу через решетку радиатора, нагревая воздух в кухне. Чем больше продуктов вы поместите одновременно в холодильник, тем больше будет теплоотдача.

Простейшим вариантом теплового насоса станет открытый холодильник, помещенный на улице, радиатор которого находится в комнате. Но пусть холодильник исполняет свои прямые обязанности, ведь уже существуют специальные устройства — тепловые насосы, имеющие кпд гораздо выше. Принцип их действия достаточно прост.

Что такое тепловой насос и принцип его работы?

Тепловой насос представляет собой электрическое оборудование, которое вырабатывает тепло из окружающей среды и доставляет его в назначенное место. Нельзя сказать, что эта технология нова, она уже десятилетиями активно используется по всему миру. Кстати, самыми известными примерами использования этой технологии являются ставшие уже привычными кондиционеры и холодильники.

Устройство воздушного теплового насоса (воздух-вода)

Остановимся подробнее на принципе действия этого оборудования. Тепловые насосы вырабатывают тепло, прогоняя жидкость под названием хладагент через цикл «испарение-конденсация». Компрессор гонит хладагент по теплообменным трубкам. В одной части теплообменника при низком давлении хладагент испаряется, вытягивая тепло из окружающей среды. В другой части теплообменника хладагент конденсируется при высоком давлении, и при этом происходит выделение тепла, набранного в предыдущем этапе цикла. Холодильники и кондиционеры – это тепловые насосы, работающие только в режиме охлаждения. Так, кондиционер вытягивает тепло из воздуха внутри помещения и перемещает его наружу. При этом цикл работы теплового насоса является обратимым, что позволяет обеспечивать круглогодичный температурный контроль в доме: отопление — зимой и охлаждение – летом.

Воздух — вода тепловой насос JUNKERS

Поскольку земля и воздух снаружи дома всегда содержит некоторое количество тепла, тепловой насос может отапливать помещения даже в холодный, зимний период. Ведь в действительности, воздух при температуре –18°C содержит около 85 процентов от того количества тепла, которое находится в воздухе при температуре 21°C. Воздушный тепловой насос впитывает тепло снаружи здания даже зимой и выталкивает тепло летом. Сегодня этот тип насосов является наиболее популярным на рынке. Тем не менее, тепловые насосы типов земля-вода и земля-воздух, также называемые геотермальными, которые берут тепло из земли или грунтовых вод, также получают повсеместное распространение.

Табл. 1. Наиболее известные фирмы-производители тепловых насосов различных типов.

Фирмы, предлагающие тепловые насосы типа:
воздух-воздух	воздух-вода	земля-вода
Mitsubishi Electric	Mitsubishi Heavy	GSHP
Zubadan	NIBE	Viesmann
Inverter	De Dietrich	Vaillant
Electrolux (Viking)	HISEER	Mammoth
Cooper&Hunter	Meeting	BWS

Перечень приведенного оборудования очень приблизителен; фирмы или бренды, указанные в таблице, часто выпускают не один, а несколько типов тепловых насосов с различными принципами действия и техническими характеристиками.

Устройство геотермального теплового насоса

Цены наиболее бюджетных и малопроизводительных насосов типа воздух-воздух могут начинаться с нескольких десятков тысяч рублей. И напротив, мощные, высокотехнологичные модели геотермальных насосов, вытягивающих энергию из воды и земли, могут стоить сотни тысяч рублей. А помимо затрат на закупку самого оборудования для этих моделей очень велики могут быть затраты на подготовительные строительные работы, бурение скважин, установку и наладку, которые осуществляются только специализированными монтажными организациями.

Геотермальный тепловой насос

Расчет эффективности тепловых насосов для отопления

Для того чтобы тепловой насос был эффективным, он должен давать тепловой энергии больше, чем потреблять электрической. Это соотношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может меняться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Чем холоднее снаружи, тем менее эффективна система.

Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может варьироваться от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса требуется дополнительный параметр годовой эффективности. Эффективность конкретного теплового насоса будет зависеть от множества факторов, и ее расчет достаточно сложен. Дать обобщенную формулу, которая бы работала всегда, практически невозможно.

Поэтому каждый конкретный случай требует обращения к экспертам, которые в зависимости от поставленной задачи и ее условий подберут необходимый тип теплового насоса и объем хладагента.

Типы тепловых насосов

В зависимости от принципа работы тепловые насосы подразделяются на компрессионные и абсорбционные.

Компрессионные тепловые насосы всегда приводятся в действие с помощью механической энергии (электроэнергии), в то время как абсорбционные тепловые насосы могут также использовать теплоту в качестве источника энергии (с помощью электроэнергии или топлива).

В зависимости от источника отбора теплоты тепловые насосы подразделяются на:

1) геотермальные (используют теплоту земли, наземных либо подземных грунтовых вод);

2) воздушные (источником отбора теплоты является воздух);

3) использующие производную (вторичную) теплоту (например, теплоту трубопровода центрального отопления). Подобный вариант является наиболее целесообразным для промышленных объектов, где есть источники паразитной теплоты, которая требует утилизации.

Геотермальный тепловой насос может быть:

– замкнутого типа (горизонтальным, вертикальным или водным);

– открытого типа;

– с непосредственным теплообменом.

Рис. 1. Геотермальный тепловой насос

Рис. 2. Воздушный тепловой насос

Геотермальные тепловые насосы имеют такое устройство.

а) замкнутого типа:

– горизонтальные:

Коллектор размещается кольцами или извилисто в горизонтальных траншеях ниже глубины промерзания грунта (обычно от 1,2 м и более). Такой способ является наиболее экономически эффективным для жилых объектов при условии отсутствия дефицита земельной площади под контур.

– вертикальные:

Коллектор размещается вертикально в скважины глубиной до 200 м. Этот способ применяется в случаях, когда площадь земельного участка не позволяет разместить контур горизонтально или существует угроза повреждения ландшафта.

– водные:

Коллектор размещается извилисто либо кольцами в водоёме (озере, пруду, реке) ниже глубины промерзания. Это наиболее дешёвый вариант, но есть требования по минимальной глубине и объёму воды в водоёме для конкретного региона.

– с непосредственным теплообменом (DX – сокращенно от английского «direct exchange» – «прямой обмен»).

В отличие от предыдущих типов, хладагент компрессором теплового насоса подаётся по медным трубкам, расположенным:

– вертикально в скважинах длиной 30 м и диаметром 80 мм;

– под углом в скважинах длиной 15 м и диаметром 80 мм;

– горизонтально в грунте ниже глубины промерзания.

Циркуляция хладагента компрессором теплового насоса и теплообмен фреона напрямую через стенку медной трубы с более высокими показателями теплопроводности обеспечивает высокую эффективность и надёжность геотермальной отопительной системы.

б) открытого типа:

Подобная система использует в качестве теплообменной жидкости воду, циркулирующую непосредственно через систему геотермального теплового насоса в рамках открытого цикла, то есть вода после прохождения по системе возвращается в землю. Этот вариант возможно реализовать на практике лишь при наличии достаточного количества относительно чистой воды и при условии, что такой способ использования грунтовых вод не запрещён законодательством.

Рис. 3. Схема компрессионного теплового насоса: 1 – конденсатор; 2 – дроссель; 3 – испаритель; 4 – компрессор

Промышленные модели тепловых насосов по виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на восемь типов: «грунтвода», «вода-вода», «воздух-вода», «грунт-воздух», «вода-воздух», «воздух-воздух» «фреон-вода», «фреон-воздух». Тепловые насосы могут использовать теплоту выпускаемого из помещения воздуха, при этом подогревать приточный воздух (рекуператоры).

Что такое тепловой насос, сфера его применения

Техническое определение теплового насоса — устройство для переноса энергии из одной области в другую с одновременным повышением результативности ее работы. Проиллюстрировать такую механику несложно. Представим ведро холодной воды и стакан горячей. Для их нагрева с определенной отметки тепла затрачено одинаковое количество энергии. Однако результативность ее применения — разная. Если одновременно снизить температуру ведра воды на 1 градус, полученной тепловой энергией можно довести жидкость в стакане практически до кипения.

Именно по такой механике работает тепловой насос, с помощью которого можно сделать обогрев бассейна или полностью обеспечить отопление загородного дома. Установка переносит тепло из одной области в другую, в общем случае снаружи помещения вовнутрь. Вариантов применения такой техники множество.

При определенных показателях мощности теплового насоса обогрев дома становится недорогим и эффективным.
Легко сделать ГВС с тепловым насосом, используя бойлеры вторичного нагрева.
При определенных усилиях и правильном проектировании доступно создание полностью автономной отопительной системы, питающейся от солнечных батарей.
Большинство моделей тепловых насосов — приемлемый вариант для теплого пола, используемого в роли нагревательного контура.

Чтобы выбрать и приобрести подходящую систему нужно, прежде всего, правильно ставить стоящую перед ней задачу. И только после выдвигать требования к мощности и оценивать приемлемость отдельных типов тепловых котлов для удовлетворения всех потребностей.

Что такое тепловой насос? Принцип действия теплового насоса

Тепловой насос – это устройство, которое переносит тепло от источника к потребителю. Чтобы понять как работает тепловой насос, достаточно разобраться в том, как работает холодильник: тепловая энергия воздуха и продуктов внутри холодильника откачивается и передается на радиатор. В этом можно убедиться, потрогав его рукой.

Подобный принцип заложен и в системах отопления и нагревания воды. Рассмотрим подробней на примере воздушного теплового насоса:

1. Воздух с улицы засасывается и попадает в теплообменник, где передает свое тепло хладогенту – специальной жидкости, способной испаряться даже при минусовых температурах.
2. Хладогент, получив энергию от воздуха, превращается в газ и испаряется.
3. Пар поступает в компрессор, который сжимает газ и, тем самым, повышает его внутреннюю энергию и температуру.
4. Нагретый хладогент далее перемещается в следующий теплообменник – конденсатор, где передает свою энергию теплоносителю в системе (вода, антифриз, воздух).
5. Хладогент вновь попадает в испаритель. Цикл повторяется.

Расчет теплового насоса

Как мы уже упоминали выше, низкопотенциальными источниками тепла для таких насосов чаще всего бывают перечисленные ниже среды:

Воздух из наружного пространства с температурой в среднем от -15 до +25 градусов.
Воздух из обогреваемого помещения, его температура составляет +15 — +25 градусов.
Воздух, из подпочвенного зонда нагретый до плюс 4 — 10 градусов.
Воздух из геотермальных пластов, температура которого может быть 10 и более градусов.
Воздух из донных зондов незамерзающих водоемов с температурой 0 – 10 градусов, в том числе и полученный в зондах, установленных на каналах промышленных стоков предприятий.

Методика расчета

Любой тепловой расчет является сложнейшим процессом, осуществить который доступно только квалифицированным специалистам. Тем не менее, можно предложить упрощенную методику, достаточную для получения результата, определяющего выбор той или иной модели агрегата.

Расчет сводится к выполнению ряда этапов:

Определение величины тепловых потерь через ограждающие элементы строения – стены, потолки, чердачные помещения, окна, двери и прочее. Этого можно достичь, воспользовавшись следующей зависимостью:

Qок = S x (tвн – t нар) х (1 + ?b) x n : Rт, где

расчетные значения теплопроводности материалов ограждающих конструкций;
коэффициент рассеивания тепла с внутренних поверхностей;
то же, для наружных поверхностей.

После проведения предварительных вычислений определяем суммарные потери тепла от различных факторов:

Qт.пот = Qок+Qи-Qбл, где

Основываясь на полученных результатах можно рассчитать потребность в электроэнергии в течение года. Для этого воспользуемся соотношением:

Qгод = 24х0,63 х Qт.пот х ((d x (tвн-tнар.ср) : (tвн-tнар)) (кВт/час) в год, где:

tвн- желательная величина температуры во внутренних помещениях дома;
t нар – фактическая наружная величина температуры;
tнар.ср – среднегодовая величина температуры в регионе;
d – протяженность отопительного периода, дней.

Желая иметь более достоверное представление о теплонасосе, нужно сделать расчет величины тепловой мощности, которая понадобится, чтобы разогреть воду в системе отопления дома. Это доступно с использованием такой расчетной формулы:

Qгор.в = V x 17 кВт/ за год, где:

Рекомендуется полученный результат увеличить на 10%, учитывая более интенсивную работу системы при пиковых нагрузках. Предварительный расчет мощности теплового насоса для отопления дома позволяет сделать безошибочный выбор установки.

Для выполнения расчета можно использовать специальный калькулятор, они в изобилии представлены в интернете

Тепловой насос «вода — вода»

Одной из разновидностей геотермального источника тепла могут быть подземные воды. Они имеют постоянную температуру (от +7 С и выше), и в значительном количестве залегают на различных глубинах на территории РБ. По технологии, подземные воды поднимаются центробежным насосом из скважины и поступают на станцию тепломассообмена, где передают энергию антифризу нижнего контура теплового насоса. Эффективность работы данной системы зависит от уровня залегания грунтовых вод (в зависимости от глубины подъема, требуется определенная мощность помпы), расстояния от заборной скважины до станции обмена. Эта технология имеет один из самых высоких показателей COP, однако имеет ряд особенностей, ограничивающих ее применение.

Среди них:

Отсутствие подземных вод, либо низкий уровень их залегания;
Отсутствие постоянного дебета скважины, понижение статического и динамического уровней;
Необходимость учитывать солевой состав и загрязненность (при не надлежащем качестве воды, происходит засорение теплообменника, снижаются показатели производительности)
Необходимость устройства дренажного колодца для сброса значительных объемов отработавшей воды (от 2200 л/ч и более)

Как показывает практика, установка таких систем целесообразна, если в непосредственной близости имеется водоем или река. Отработавшую воду, также можно использовать в хозяйственных и промышленных целях, например, для полива, или организации искусственных водоемов.

Что качается качества заборной воды то, например, немецкий производитель альтернативных отопительных систем Stiebel Eltron рекомендует следующие параметры: общая доля железа и магния не более 0,5 мг/л, содержание хлоридов менее 300 мг/л, отсутствие осаждаемых веществ. При превышении этих параметров необходимо установка дополнительной системы очистки — станции подготовки и обессоливания, что повышает материалоемкость проекта.

ООО «Нова Грос» — Авторизованная монтажная организация Stiebel Eltron

Связаться с нами

Принцип действия ↑

Тепловые насосы для отопления, принцип действия которых схож с работой холодильников, кондиционеров и другого оборудования, способного переносить тепло из окружающей среды в помещение, забирают тепло из почвы, грунта, грунтовых вод, самого воздуха.

Принцип действия теплового насоса

Суть работы заключается в следующем. По внешнему контуру системы отопления движется незамерзающая жидкость, которая напитывается теплом окружающей среды. В насосе эта жидкость отдает порядка 5 градусов хладагенту и продолжает циркулировать. Хладагент закипает (при температуре -10°C), переходя в газообразное состояние, компрессор сжимает газ, что приводит к повышению температуры. Попадая в теплообменник, этот газ отдает тепло внутреннему контуру отопления, сам остывает, превращаясь снова в жидкость и возвращается в испаритель.

Как и холодильный агрегат, тепловой насос потребляет определенную энергию на то, чтобы реализовать термодинамический цикл (привод компрессора). Отношение теплопроизводительности к электропотреблению (так выводится коэффициент преобразования теплового насоса) зависит от уровней температуры в испарителе и конденсаторе. Уровень теплоснабжения от тепловых насосов на настоящий момент варьируется от 35 град. C до 62 град.C, что в общем-то позволяет использовать любую из отопительных систем. При грамотном подходе экономия на энергетических ресурсах может доходить до 70 %. Промышленность экономически и промышленно развитых стран производит обширный спектр парокомпрессионных тепловых насосов с мощностью от 5 до 1000 кВт.

Принцип действия тепловых насосов очень хорошо показан в этом коротеньком видео.

Как вы понимаете, расходы на отопление занимают свыше половины всех энергозатрат здания, поэтому сделать его максимально эффективным и дешевым — приоритетная задача. Можно ли создать экономичную систему отопления тепловым насосом без газа? Смотрите видео.

Данное оборудование бывает нескольких типов, от чего и зависят их технические характеристики.

Грунт-вода – внешний контур проходит под землей, а в качестве теплоносителя используется вода. Наружный контур может располагаться вертикально или горизонтально, а также может быть помещен в водоем, расположенный поблизости. AlTherm (Украина). Тепловой насос для отопления дома площадью до 300 м2. Технические характеристики: теплопроизводительность 4-18 кВт, холодопроизводительность 3,6-11,3 кВт, производительность насоса внешнего контура 0,36-1,02 л/с, внутреннего – 0,14-0,39 л/с. Теплоносителем выступает пропилен гликоль. Модельный ряд представлен также насосами большой мощности (для помещений 300-1000 м2 и свыше 1000 м2).
Вода-вода – внешний контур проходит через скважину или водоем, внутренний наполнен водой. Источником тепла в этом случае являются подземные грунтовые воды, кроме этого можно использовать как сбросовые, так и технологическую воду. Vaillant (Германия). Тепловая мощность 26,9-29,9 кВт, температура рассола 4-20°C, температура подачи контура отопления 25-62°C, коэффициент преобразования COP 3,5.
Воздух-вода – источником тепла выступает воздух, в том числе теплый сбросовый. Этот тип оборудования может работать и на охлаждение. Кроме этого, его можно подключать к уже имеющейся системе отопления. Vesper (Китай). Оснащен циркуляционным насосом и ТЭНом, управление осуществляется с помощью контроллера. Технические характеристики: тепловая мощность 6-16 кВт, скорость потока в системе отопления 0,45-0,76 л/с, скорость воздушного охлаждающего потока 3-5 тыс. м3/ч.
Воздух-воздух – внешний контур наполняется воздухом из окружающей среды, система отопления – воздушная. Тепловые насосы для отопления данного типа работают по принципу кондиционера, отличаются тем, что способны работать при более низкой уличной температуре. Оснащены высокопроизводительным радиальным вентилятором, способны осушать воздух и поддерживать определенный микроклимат в помещении. Управление осуществляется пультом. Mitsubishi. Могут быть вмонтированы в систему «умный дом», имеют систему фильтрации воздуха (плазменная очистка). Характеристики: теплопроизводительность 3,2-6 кВт, холодопроизводительность 2,5-5 кВт, расход воздуха 1086-2940 м3/ч, коэффициент производительности СОР 5,15-3,31.

Конструктивное исполнение

Промышленность выпускает различные по эксплуатационным характеристикам модели, но они имеют в своем составе оборудование, выполняющее типовые задачи, описанные выше.

Как вариант конструктивного исполнения на рисунке представлен тепловой насос для отопления дома.

Здесь по входным трубопроводам принимается тепло от геотермальных источников, а по выходным — передается в систему обогрева дома.

Работа теплового насоса обеспечивается:

системой контроля параметров схемы и управления, включая дистанционные способы через интернет;
дополнительным оборудованием (узлы промывки и заполнения, расширительные баки, группы безопасности, насосные станции).

Грунтовые конструкции

Они используют три схемы устройства теплообменников для забора энергии от источника:

поверхностное расположение;
установка вертикальных грунтовых зондов;
заглубление горизонтальных конструкций.

Первый метод наименее эффективен. Поэтому он редко применяется для отопления дома.

Установка зондов в скважинах

Этот способ наиболее эффективен. Он предусматривает создание скважин на глубины порядка 50÷150 метров и больше для размещения U-образного трубопровода из пластиковых материалов с диаметром от 25 до 40 мм.

Увеличение площади поперечного сечения трубы, как и углубление скважины, создает улучшенный теплосъем, но удорожает конструкцию.

Горизонтальные коллекторы

Бурение скважин для зондов стоит дорого. Поэтому часто выбирается этот способ, как более дешевый. Он позволяет обойтись рытьем траншей ниже глубины промерзания почвы.

В проекте горизонтального коллектора следует учитывать:

теплопроводность грунта;
среднюю влажность почвы;
геометрию участка.

Они влияют на габариты и конфигурацию коллектора. Трубы могут укладываться:

петлями;
зигзагами;
змейкой;
плоскими геометрическими фигурами;
винтовыми спиралями.

Важно понимать, что площадь участка, отводимого под такой коллектор, обычно превышает габариты фундамента дома в 2÷3 раза. Это основной недостаток такого метода

Водные коллекторы

Это наиболее экономичный способ, но он требует расположения около здания глубокого водоема. На его дне размещают и закрепляют грузами собранные трубопроводы. Для эффективной работы теплового насоса требуется просчитать минимальную глубину закладки коллектора и объем водоема, способного обеспечить теплосъем.

Габариты такой конструкции определяются проведением тепловых расчетов и могут достигать протяженности более 300 метров.

Рисунок ниже демонстрирует подготовку магистралей для сборки на льду весеннего озера. Он позволяет визуально оценить масштабы предстоящей работы.

Воздушный метод

Внешний или встроенный вентилятор нагнетает воздух с улицы прямо на испаритель с фреоном, как в кондиционере. При этом не требуется создавать громоздкие конструкции из труб и помещать их в грунт или водоем.

Тепловой насос для отопления дома, работающий по такому принципу, стоит дешевле, но использовать его рекомендуется в относительно теплом климате: морозный воздух не позволит работать системе.

Подобные устройства нашли широкое применение для обогрева воды в бассейнах или помещений, расположенных рядом с промышленными устройствами, постоянно участвующими в технологическом процессе и выделяющими в атмосферу тепло мощными системами охлаждения. В качестве примера можно привести силовые автотрансформаторы энергетики, дизельные станции, котельные.

Насосное оборудование

Бытовые насосы и их виды

Уже более двух тысяч лет человечество использует насосное оборудование. За это время оно постоянно усовершенствовалось и приобрело множество модификаций, из которых можно выделить две основные группы:

погружные;
поверхностные.

Насосами откачивают воду из скважин, недр земли, колодцев, выгребных ям, увеличивают в гидравлических системах давление воды. Бытовые насосы могут быть с электрическим источником питания, с двигателем внутреннего сгорания или ручными.

Насосы в системах отопления

Самое главное достижение в использовании насосного оборудования – это возможность полностью исключить необходимость использования твёрдого топлива, газа и других покупаемых источников теплоты. В Европе владельцы своих домов стремятся к обустройству системы отопления, работающей за счёт природной энергии посредством тепловых насосов. Для отечественного рынка установка таких систем — новинка. Тепловые насосы могут быть частью интегрированных систем, обогревающих и охлаждающих помещения. Модифицируются ТН (тепловых насосов) в зависимости от источника энергии (вода, земля, воздух).

Устройство теплового насоса

Теплонасос – это холодильник, который переносит тепло изнутри наружу.

Такая система включает:

тепловой насос;
оборудование забора (геотермальные зонды, коллекторы);
систему распределения тепла (радиаторы, тёплый пол, стены).

Тепловой насос состоит из:

испарителя;
конденсатора;
расширительного клапана (расширительного вентиля, понижающего давление за счёт разжижения газа);
компрессора (который сжижает газ и повышает давление).

Принцип действия

Общая модель показывает принцип работы системы. Чтобы проще понять весь процесс, будем исходить от простого к сложному. Сначала представим замкнутый контур с газом, приводимым в движение компрессором. Добавив расширительный клапан, в системе будет образовано две области: с повышенным и пониженным давлением. Будучи сжимаемым, газ нагревается, а при снижении давления – охлаждается. Причём наиболее высокая температура газа отмечается сразу при выходе из компрессора, а самая низкая температура газа в системе – в точке выхода из расширительного клапана. Добавив в систему два теплообменника, с одной стороны нагретый газ через теплообменник-конденсатор будет часть тепла отдавать потребителю, с другой – уже охлаждённый посредством теплообменника-испарителя будет поглощать тепло от внешнего источника. Эта модель обладает функциями теплового насоса.

Полноценный вид ТН представляет собой после подключения к источнику низкотемпературного тепла (геотермальным зондам) и системе отопления (радиаторам, тёплым полам и стенам).

В промежуточном контуре циркулирует охлаждающая жидкость (хладагент), температура кипения которого чуть выше -5 °С. В одной части цикла он представляет собой жидкость, а в другой – газ.

Обычно используется фреон. Первоначально он находится в жидком состоянии. По мере нагревания его температура поднимается. Нагреваясь, фреон превращается в газ с температурой около пяти градусов.

Далее по цепи газ поступает в компрессор, сжимающий его. В результате на выходе выделяется максимально возможное для установки количество тепла (от +35 до +60-65°С). После горячий газ поступает в конденсатор, где происходит передача тепла от теплоносителя контурам системы обогрева помещения.

Отдав большую часть тепловой энергии, газообразный фреон поступает в расширительный клапан. Проходя через этот вентиль, резко падает давление и температура, значения которых в точке выхода из клапана имеют наименьшие значения в цикле.

Затем движение повторяет круг.

Принцип работы теплового насоса

В конструкцию любого теплового насоса входят следующие устройства: конденсатор, испаритель, компрессор (повышает давление) и расширитель (понижает давление). Все перечисленные элементы объединены при помощи трубопровода и представляют собой один замкнутый контур. По этому контуру циркулирует охладитель. Фреон, хладон — это технический термин присвоенный группе фторсодержащих производных метана и этана. Он представляет из себя инертный газ, который обладает сверхнизкой температурой кипения. По этой причине в «горячей» части контура он находится в газообразном состоянии, а в «холодной» он становится жидкостью.

Перемещаясь в компрессор, хладагент (чаще всего фреон) подвергается действию высокого давления и сжимается, из-за чего его температура повышается. Разогретый давлением газ поступает в другую часть теплообменника – в конденсатор. Тут промежуточный теплообменник передаёт тепло теплоносителю, который входит в систему отопления дома. Во время того, как хладагент отдает тепло, он конденсируется, снова становится жидким, а нагретый им теплоноситель подаётся в систему отопления. Жидкий фреон проходит через расширитель, где вскипает поглощая тепло. Затем перемещается в испаритель, где докипают остатки жидкой фракции – и цикл повторяется снова.

Важной особенностью тепловых насосов является универсальность использования – при низких температурах воздуха они обеспечивают обогрев помещений, а в жаркую погоду – их охлаждение. Во втором случае (реверсивный тепловой насос) используется тот же принцип

Разница лишь в том, что в жару теплоноситель движется в другом направлении – он поступает не снаружи, а из дома, из внутренних помещений.

Попробуем пересказать то же самое простыми словами.

Давайте вспомним, как работает холодильник. В камеры холодильника помещаются продукты, имеющие комнатную температуру. По закону сохранения энергии накопленное ими тепло не может испариться в никуда – его необходимо вывести за пределы холодильника, что и делается при помощи радиатора, расположенного позади агрегата. Радиатор для этого и предназначен – для рассеивания, передачи в окружающий воздух тепла, «извлеченного» из продуктов.

Теперь представим себе холодильник, который установлен на улице с открытой дверцей, а его радиатор демонтирован и установлен в доме. Даже если температура воздуха на улице будет на несколько градусов выше температуры кипения фреона, которым заправлен холодильник, агрегат будет передавать это тепло через радиатор в дом, извлекая его из окружающей среды. Это и есть простейший пример теплового насоса. Описанный принцип называется циклом Карно: именно на нем основана работа холодильных установок и климатической техники.

Заключение

Если в результате анализа климата, доступных источников энергии, характера почв принято решение купить теплонасос для отопления — рекомендуется доверить проектирование системы профессионалам. Оптимальный выбор модели основывается не только на особенностях оборудования и механике его работы. Специалисты учтут теплоотдачу почв, выберут комбинированную схему с хорошей эффективностью, рассчитают лучший вариант проведения земельных работ. Поэтому разработанная профессионалами система отопления с тепловым насосом не заставит столкнуться с неожиданностями и пожалеть о своем выборе.