Принцип действия теплового насоса для отопления: как работает, схема системы, виды

Серия высокоэффективных инверторных тепловых насосов для нагрева теплоносителя системы отопления, нагрева горячей воды и охлаждения теплоносителя (опционально).

Такие тепловые насосы подходят для дома с постоянным проживанием, греют горячую воду, а так же имеют запас по мощности.

Нагрев теплоносителя до 65 градусов.
Функция Preheating для быстрого нагрева горячей воды.
Плавная регулировка мощности и отсутствие пусковых токов.
Режим повышения мощности нагрева на 20% выше номинальной мощности (форсированный режим работы). Применение такого режима даёт запас по мощности.
Режим снижения мощности нагрева на 50% ниже номинальной для экономии эл. энергии.
Режим День/Ночь для работы с двухтарифным эл.счётчиком и снижения затрат на обогрев.
Возможность подключения модуля удалённого доступа для управления со смартфона.
Возможность подключения функции охлаждения.
Однофазное и трёхфазное подключение. При необходимости однофазное исполнение до 25 кВт.

Тепловые насосы этой серии обладают самыми широкими возможностями по сравнению с предыдущими моделями.(Smart с англ. — умный). Автоматическая подстройка мощности нагрева под систему отопления, режим «форсировки мощности», возможность комплектации функцией охлаждения/кондиционирования, дистанционным управлением. Работа по расписанию и много чего другого.

За счёт интеллектуальной системы управления эффективнее тепловых насосов серии Simple и имеют самую богатую комплектацию из всего модельного ряда.

Комплектация тепловых насосов серии Smart:

Контроллер теплового насоса с графическим интерфейсом. Лёгкое управление, полностью на русском языке.
Промышленный спиральный компрессор Danfoss .
Высококачественные пластинчатые теплообменники Danfoss выполненные по микроканальной технологии — MPHE.
Увеличенный теплообменник испарителя для работы в режиме повышенной мощности.
Преобразователь частоты для управления скоростью компрессора. Использование преобразователя позволяет плавно запускаться компрессору убирая пусковые токи на электросеть дома, а так же изменять производительность компрессора, как ниже номинальной мощности (режим пониженной мощности), так и выше номинала (режим повышенной мощности).
Функцию управления нагревом санитарной горячей воды (ГВС).
Встроенный контактор для управления дополнительным нагревателем бойлера (ТЭН бойлера для догрева воды или антибактериальной обработки внутренней поверхности бойлера).
Встроенный силовой контактор для управления внешним эл. котлом или вторым источником тепла.
Встроенные реле и защитные автоматы для подключения внешних циркуляционных насосов геотермального контура, системы отопления, загрузки теплообменника бойлера)
Дополнительная опция – охлаждение. На этапе сборки в тепловой насос устанавливается реверсивный клапан позволяющий изменять направление движения хладагента. При выборе на панели управления режима “охлаждение”, тепловой насос будет охлаждать теплоноситель системы отопления.
Настройка режимов “День”, “Ночь, для работы с двухтарифным учётом эл.энергии, а так же режим “ЭКОном” для поддержания пониженной температуры в доме при отсутствии людей.
Дополнительная опция — дистанционное управление системой отопления.

Тепловые насосы EnergyLEX Smart HT.

Принцип действия тепловых насосов

Принцип работы устройства для обогрева дома основан на том, что вещество (холодильный агент) может отдавать тепловую энергию либо забирать ее в процессе смены состояния. Эта идея заложена в основу функционирования холодильника (из-за этого задняя стенка прибора горячая).

Термонасос для отопления функционирует следующим образом:

Поступающий агент охлаждается на 5 градусов в испарительном отделе на основании энергии от носителя тепла.
Охлажденный агент поступает в компрессор, который в результате работы сжимает и нагревает его.
Уже горячий газ попадает в отсек для теплообмена, в котором он отдает собственное тепло отопительной системе.
Сконденсированный хладагент возвращается к старту цикла.

Устройство

Тепловой насос для отопления дома состоит из нескольких основных контурных элементов:

контур с теплоносителем, который перемещает энергию от теплоисточника;
контур с фреоном, который периодически испаряется, забирая тепловую энергию с первого контура, и снова оседает конденсатом, передавая тепло третьему;
контур, где циркулирует жидкость, являющаяся переносчиком тепла для отопления.

Эксплуатация термо насоса для отопления дома является выгодной с финансовой точки зрения. Причина этого в том, что устройство не требует высокой мощности (соответственно, расход электричества не больше, чем у стандартного бытового прибора), однако при этом производится в 4 раза больше тепла по сравнению с потребляемой электроэнергии.

Также не требуется создавать отдельную линию проводки для подключения насоса.

Плюсы и минусы

Перед принятием решения, использовать тепловой насос или нет, следует ознакомиться с достоинствами и недостатками его работы. К главным плюсам теплового насоса относится:

небольшой расход электричества на отопление дома;
отсутствие необходимости регулярного осмотра и технического обслуживания, что делает затраты на эксплуатацию теплового насоса для отопления минимальными;
допускается монтаж в любой местности. Насос может работать с такими источниками тепловой энергии, как воздух, почва и вода. Поэтому появляется возможность его установки практически в любое место, где планируется строительство дома. А в условиях отдаленности от газовой магистрали, устройство является самым подходящим методом обогрева. Даже если отсутствует электричество, функционирование компрессора можно обеспечить при помощи привода на основе бензина или дизеля;
отопление дома осуществляется в автоматическом режиме. Не требуется добавлять топливо или проводить иные манипуляции, как, например, в случае с котельным оборудованием;
отсутствие загрязнения окружающей среды вредными газами и веществами. Все применяемые холодильные агенты полностью безопасны и экологически пригодны;
пожаробезопасность. Жителям дома никогда не будет угрожать взрыв или повреждение вследствие перегрева теплового насоса;
возможность эксплуатации даже при условиях холодной зимы (до -15 градусов);
качественный тепловой насос для отопления дома может служить до 50 лет. Замена компрессора требуется лишь раз в 20 лет.

Тепловой Насос ВЫГОДЕН или НЕТ?.. Кому не Стоит Покупать Тепловой Насос? (РАЗБОР)

Плюсы и минусы

Как и любое устройство, тепловые насосы имеют определенные недостатки:

Если температура окружающей среды опускается ниже 15 градусов, то насос работать не сможет. В таком случае потребуется монтаж второго теплоисточника. При очень низких температурных значениях включается котел, генератор или электрический обогреватель;
Высокая стоимость оборудования. Оно будет стоить примерно 350 000-700 000 рублей, еще такую же сумму придется потратить на создание геотермальной станции и установку устройства. Дополнительные монтажные работы не требуются только для теплового насоса, использующего воздух в качестве теплового источника;
Лучше всего устанавливать тепловой насос в сочетании с теплым полом или вентиляторными конвекторами, однако в старых зданиях потребуется перепланировка и возможно даже капитальный ремонт, что повлечет дополнительные затраты времени и средств. Если частный дом строится с нуля, такая проблема отсутствует;
При работе теплового насоса температура грунта, расположенного вокруг трубопровода с теплоносителем, снижается. Это становится причиной гибели некоторых микроорганизмов, участвующих в функционировании окружающей среды. Таким образом, некоторый ущерб экологии все же наносится, однако он существенно меньше урона от газо- или нефтедобычи.

Тепловой насос «воздух-вода» для дома

Особенностью систем «воздух-вода» является сильная зависимость температур теплоносителя в системе отопления от температуры источника — наружного воздуха. Эффективность подобного оборудования постоянно изменяется как в сезонном отношении, так и в погодных условиях. В этом проявляется существенное отличие аэротермальных систем от геотермальных комплексов, чья работа стабильна в течение всего срока службы и не зависит от внешних условий.

Кроме того, тепловые насосы типа «воздух-вода» способны как обогревать, так и охлаждать воздух в помещениях, что делает их востребованными в регионах с относительно холодными зимами и жарким летом. В целом, использование подобных систем наиболее эффективно в относительно теплых районах, а для северных областей требуется дополнительные средства обогрева (обычно используются электронагреватели).

Как работают тепловые насосы воздух-вода?

В основе работы теплового насоса типа «воздух-вода» положен принцип Карно. Говоря более понятным языком, используется конструкция фреонового холодильника. Хладагент (фреон) циркулирует в замкнутой системе, проходя последовательно стадии:

испарения, сопровождающегося сильным охлаждением
подогрева от тепла поступающего наружного воздуха
сильного сжатия, при котором его температура становится высокой
конденсации с переходом в жидкое состояние
прохода через дроссель с резким падением давления и испарением

Для нормальной циркуляции хладагента необходимо иметь два отделения — испаритель и конденсатор. В первом температура низкая (отрицательная), для нагрева используется тепловая энергия из воздуха окружающей среды. Второе отделение служит для конденсирования хладагента и передачи тепловой энергии в теплоноситель системы отопления.

Роль поступающего извне воздуха — передача тепла в испаритель, где температура очень низкая и требует повышения для предстоящего сжатия. Тепловая энергия воздуха имеется даже при отрицательных температурах и сохраняется до тех пор, пока не произойдет понижение температуры до абсолютного нуля. Низкопотенциальные источники тепловой энергии позволяют получать высокую эффективность системы, но при сильном понижении наружной температуры до -20°C или – 25°C система останавливается и требует подключения дополнительного источника обогрева.

Достоинства и недостатки

Достоинствами тепловых насосов «воздух-вода» являются:

простота установки, отсутствие земляных работ
источник тепловой энергии — воздух — имеется везде, он доступен и совершенно бесплатен. Для работы системы требуется только электропитание для циркуляционного оборудования, компрессора и вентилятора
тепловой насос можно конструктивно объединить с вентиляцией, что позволить существенно повысить эффективность работы обеих систем
отопительная система безвредна для окружающей среды и не опасна в эксплуатационном отношении
работа системы практически бесшумна, может управляться при помощи систем автоматики

Недостатками теплового насоса «воздух-вода» являются:

ограниченность применения. Бытовые модели ТН требуют подключения дополнительных систем отопления уже при -7°C, промышленные образцы способны держать температуру до -25°C, что для большинства регионов России слишком мало
зависимость эффективности системы от температуры наружного воздуха делает работу системы нестабильной и требует постоянной перенастройки режимов функционирования
для питания вентиляторов, компрессоров и прочих устройств требуется подключение к стабильному источнику электроэнергии

Планируя использование подобной системы отопления и ГВС, необходимо учитывать эти особенности.

Расчет мощности установки

Порядок расчета мощности установки сводится к определению площади дома, подлежащей обогреву, подсчету необходимого количества тепловой энергии и подбору оборудования, соответствующего полученным значениям. Излагать подробную методику расчета нет смысла, поскольку она чрезвычайно сложна, требует знания многих параметров, коэффициентов и прочих значений. Кроме того, нужен опыт выполнения подобных расчетов, иначе результат окажется совершенно ошибочным.

Для решения проблемы рекомендуется использовать онлайн-калькулятор, найденный в сети. Пользоваться им легко, надо лишь подставить в окошечки свои данные и получить ответ. Если появились сомнения, расчет можно продублировать на другом ресурсе, чтобы получить сбалансированные данные.

Принцип работы тепловых насосов «воздух-воздух» и «воздух-вода»

Тепловые насосы типа «воздух-воздух» и «воздух-вода» работают по принципу кондиционера, обходятся дешевле других типов (поскольку не требуется бурить скважину или прокладывать теплопоглощающий контур, не нужно соединять его с отопительной системой), но уступают им в универсальности, поскольку морозный воздух не может дать нужного количества тепла. Поэтому тепловые насосы для отопления дома с таким принципом работы более востребованы в том случае, если необходимо обеспечить горячее водоснабжение или в качестве дополнительного источника тепла. При этом возможны два варианта их устройства:

Сплит. Установка представляет собой два блока (наружный и внутренний), подключенные к инженерным коммуникациям. В наружном блоке установлен мощный вентилятор, во внутреннем – конденсатор и система управления. Компрессор может быть вмонтирован либо во внутренний, либо в наружный блок, причем второй способ предпочтительнее, поскольку не позволяет шуму, неизбежному при работе системы, распространяться по дому;

Моно. В нем все элементы заключены в общий корпус, который монтируется либо с внешней стороны стены дома, либо внутри, но посредством гибкого шланга связывается с улицей.

Такие тепловые насосы для дома работают «как часы» и обладают несколькими важными преимуществами. Высокий коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую (1: 4, поскольку, напомним, потраченный 1 кВт электрической энергии дает 4–6 кВт тепловой энергии) свидетельствует о том, что применение геотермальной системы для отопления дома вполне выгодно.

В заключительном разделе статьи вы узнаете о перспективах отопления домов тепловыми насосами и сможете посмотреть видео о работе таких устройств.

Минусы тепловых насосов

https://youtube.com/watch?v=TFlcwv9HfCU

Несмотря на большое количество преимуществ тепловых насосов имеется и ряд достаточно серьезных недостатков, таких как низкая эффективность при холодной зиме и дороговизна.

Каждый человек, разбирающийся в тепловых системах отопления, вряд ли будет спорить с тем, что тепловой насос обойдется гораздо дороже, чем установка традиционной системы.

Можно сделать вывод, что отопление дома с использованием теплового насоса хоть и не является дешевым способом, но он самый надежный, безопасный и экологичный. Если говорить о цене, то его стоимость окупается в короткое время за счет того, что тепло достаточно эффективно используется из окружающей среды. Система способна как обогревать помещение, так и охлаждать его, что говорит о его универсальности.

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

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.

Преимущества тепловых насосов

Главным достоинством тепловых насосов является их высокая эффективность. 1кВт электроэнергии, которую потребляет устройство такого типа, способно дать для отопления дома дополнительно 4-5кВт тепловой энергии. Это значит, что производительность тепловых помп по сравнению с традиционными электрическими отопительными приборами, составляет 400-500%.

Не менее важным преимуществом приборов, работающих по циклу Карно, является их высокая надёжность и долговечность (достаточно вспомнить советские холодильники ЗИЛ, работающие более полувека). Современные компрессоры тепловых агрегатов не менее надёжны, но более экономичны.

Тепловые насосы практически не требуют никакого обслуживания и способны работать на протяжении многих лет.

И последнее: несмотря на высокую стоимость установки, данные отопительные агрегаты имеют срок самоокупаемости 2-3 года. Это один из самых низких показателей среди всех типов устройств, используемых в системах отопления.

Отопление тепловыми насосами частного дома

Серия высокоэффективных инверторных тепловых насосов для нагрева теплоносителя системы отопления, нагрева горячей воды и охлаждения теплоносителя (опционально).