Устройство и виды тепловых насосов для отопления

Тепловой насос — универсальный агрегат, в котором по функциям совмещены качества кондиционера, устройства для нагрева жидкости и отопительного котла. В таком агрегате не применяется традиционное топливо, для его функционирования требуются возобновляемые источники из природной среды – энергия воздуха, земли, воды.

На данный момент тепловой насос для отопления дома – очень экономически выгодное устройство, потому что его функционирование не связано с ценами на топливо, также экологичный, потому что источником тепла становится не электрический ток или продукты горения, а естественные тепловые источники.

1 Принцип работы теплового насосного оборудования

Чтобы лучше понимать, как работают тепловые насосы для отопления дома, вспомните принцип функционирования холодильника. В нём происходит испарение рабочего вещества и отдача холода. А в насосном оборудовании наоборот, происходит его конденсация и продуцирование тепла.

Принцип работы теплового насоса для отопления дома строится на цикле Карно, названного в честь его изобретателя. После прохождения теплоносителя через рабочий контур – земляной,воздушный, водяной, их сочетание, он устремляется в первый теплообменник – камеру испарения. Здесь происходит передача накопленного тепла холодильному агенту, который циркулирует во внутреннем контуре агрегата.

Жидкий холодильный агент поступает в камеру испарения, где из-за низких уровней температуры (50°C) и давления происходит его переход в состояние газа. Следующая стадия – поступление газа в компрессор и сжатие газа. В итоге происходит резкое увеличение температуры газа, он поступает в конденсатор, там происходит его обмен теплом с отопительной системой. Происходит переход охлажденного газа в жидкость, и повторение цикла.
к меню ↑

1.1 Какие плюсы и минусы тепловых насосов?

Функционированием теплового насоса для отопления дома возможно управлять с помощью специально поставленных регуляторов температуры. Происходит автоматическое включение насоса при уменьшении температуры среды меньше определённого уровня и его отключение при превышении заданного уровня температуры. Тем самым с помощью тепловых насосов поддерживается неизменная температура в жилище, что является преимуществом агрегатов.

Достоинствами оборудования является экономичность-потребление  небольшого количества электрической энергии и его безопасность для окружающего пространства. Главные преимущества оборудования:

• надёжность. Период эксплуатации составляет больше 15 лет, все компоненты системы имеют высокий рабочий ресурс, при перепадах энергии вред системе не наносится;
• безопасность – отсутствие копоти, выхлопов, открытого огня, утечки газа.
• комфортность – бесшумность функционирования оборудования. Климат-контроль и система автоматики позволяют создать домашний комфорт и уют;
• гибкость. Устройство характеризуется стильным дизайном, оно совмещается со всякой отопительной системой;
• универсальность. Используются для гражданского и частного строительства, потому что имеют большой диапазон мощности. Отопление с помощью теплового насоса возможно использовать для множества помещений — и маленьких домов, и коттеджей.

Сложной структурой агрегата определяется его основной недостаток – высокая цена устройства и монтажа. Чтобы установить устройство, необходимо выполнить большой объём земельных работ.

к меню ↑

2 Классификация

Для отопления тепловыми насосами характерен большой температурный диапазон– от -30 до +35 . Самые распространённые агрегаты -  абсорбционного типа (тепло переносится его источником) и компрессионные (рабочая жидкость циркулирует за счет электрической энергии).

Самим экономичным является абсорбционное оборудование, но оно дороже и имеет более сложные конструктивные особенности.

По типу тепловых источников насосы делятся на:

1. Геотермальные, использующие тепло земли или воды.
2. Воздушные агрегаты, забирающие тепло из атмосферы.
3. Устройства вторичного тепла, забирающие производственное тепло, которое образуется на промышленных предприятиях, при отоплении, других производственных процессах.

В качестве теплоносителя применяют:

• грунтовые воды, воду из естественного или искусственного водоёма;
• массы воздуха;
• грунт;
• сочетание этих носителей.

к меню ↑

2.1 Устройства и принцип функционирования геотермального насоса

Геотермальные тепловые насосы для отопления применяют тепло грунта, отбираемое горизонтальным коллектором или вертикальными зондами. Зонды устанавливают на глубине до 70 м, они находятся на небольшом углублении от поверхности. Этот тип оборудования самый эффективный, потому что у источника тепла достаточно высокая постоянная круглогодичная температура. Поэтому для транспортировки тепла нужно потратить меньше энергии.

Для установки этого оборудования требуются большие средства. Бурение скважин стоит недёшево. Помимо этого, площадь, которую занимает коллектор, намного больше площади обогреваемого здания. Необходимо учитывать, что землю, где будет стоять коллектор, нельзя будет использовать для огорода или сада – возможно переохлаждение корней растений.
к меню ↑

2.2 Применение воды как источника тепла

Водоёмы являются источником большого количества тепла. Насос можно применять в незамерзающих водоемах глубиной от 3 мили в грунтовых водах, если они имеют высокий уровень. Организовать обогрев можно таким образом: трубу теплообменника с грузом из расчета 5 кг на 1 м погонный, кладут на дно водоема. Длина трубопровода определяется метражом дома. Помещение площадью 100 м. кв. требует трубы протяжённостью 300 м.

При применении грунтовых вод бурят 2 скважины, которые расположены друг за другом в направлении грунтовых вод. В первую скважину устанавливают насос, который подаёт жидкость на теплообменник. Во вторую скважину подаётся охлажденная жидкость. Это открытая схема, собирающая тепло. Ее главный недостаток  — нестабильность уровня грунтовых вод, и возможно его значительное изменение.
к меню ↑

2.3 Воздух – наиболее доступный источник тепла

Если использовать воздух как источник тепла,то теплообменником выступит радиатор, который принудительным образом обдувает вентилятор.

Если для отопления частного дома тепловым насосом используется система «воздух-вода», то клиент будет иметь такие преимущества:

• возможность отапливать всё здание. Вода, которая выступает как теплоноситель, поступает в приборы отопления;
• минимальные затраты электрической энергии позволят жильцам иметь горячее водоснабжение. Это становится возможным из-за наличия дополнительного теплоизолированного теплообменника с ёмкостью для накопления;
• подобные устройства могут нагревать воду в бассейнах.

При функционировании насоса по системе «воздух-воздух», теплоноситель для нагрева здания не используется. Воздушный тепловой насос для отопления обогревает дом за счет полученной тепловой энергии. Такая схема реализована в кондиционере, который установлен на режим обогрева. Сейчас все устройства, которые применяют воздух в качестве источника тепла, – инверторные. В них переменный ток преобразуется в постоянный, что обеспечивает гибкость управления компрессором и его беспрерывную работу, это увеличивает ресурс агрегата.

Отопление загородного дома тепловым насосом является альтернативой современным отопительным системам. Они экономичные, экологичные и безопасные в применении. Но высокая стоимость монтажа и оборудования не дают возможности для повсеместного применения устройств.

Мы ознакомили вас принципом действия тепловых насосов для отопления дома и подсчитав, сколько стоит оборудование и монтаж, вы можете принять решение о его использовании.
к меню ↑

2.4 Виды тепловых насосов и схемы их подключения (видео)