Тепловой насос: что это такое и как он работает?

Тепловой насос — это специальное устройство, которое способно перемещать тепловую энергию от одного источника к другому. Он может применяться для нагрева или охлаждения воздуха в помещениях, а также для обеспечения горячей водой.

Тепловой насос может извлекать тепло из окружающей среды, даже если ее температура низкая. Таким образом, он является энергоэффективным и экологичным решением.

1 Как работает тепловой насос?

Процесс работы теплового насоса можно описать следующим образом: Хладагент в жидком виде поступает в испаритель, где он нагревается от источника тепла (воздуха, воды или земли) и превращается в газ. Газообразный хладагент под низким давлением поступает в компрессор, где он сжимается и нагревается еще больше. Нагретый хладагент под высоким давлением поступает в конденсатор, где он охлаждается от потребителя тепла (воды или воздуха) и конденсируется в жидкость. Жидкий хладагент проходит через расширительный клапан, где он снижает давление и температуру перед его поступлением в испаритель.

Принцип работы теплового насоса

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.

Грунтовые тепловые насосы

к меню ↑

2 Какие бывают типы тепловых насосов?

Тепловые насосы бывают разных типов, которые определяются по виду источника и потребителя тепла. Источником тепла может быть атмосферный воздух, водная среда или почва, а потребителем — воздушная или водяная система отопления. В зависимости от этого, тепловые насосы можно разделить на следующие категории:

1. Воздух-воздух. Это самый простой и популярный тип теплового насоса, который работает по аналогии с кондиционером. Он забирает тепло из наружного воздуха и передает его в помещение через систему вентиляции.Такой тепловой насос может также охлаждать воздух летом, работая в обратном направлении.
2. Воздух-вода. Этот тип теплового насоса также использует наружный воздух как источник тепла, но передает его не в воздушную, а в водяную систему отопления. Такой тепловой насос может нагревать радиаторы, теплые полы или бак с горячей водой.
3. Вода-вода. Этот тип теплового насоса получает тепло из подземных или поверхностных источников воды, таких как скважины, колодцы, реки или озера. Он требует установки специальных труб и насосов для циркуляции воды между источником и потребителем тепла. Такой тепловой насос может также охлаждать помещения летом, отводя лишнее тепло в водный резервуар.
4. Земля-вода. Этот тип теплового насоса добывает тепло из почвы, которая имеет стабильную температуру на определенной глубине. Для этого используются специальные трубы, которые закапываются в землю горизонтально или вертикально. Такой тепловой насос может подключаться к любой системе отопления на основе воды.

к меню ↑

3 Из чего состоит тепловой насос?

Тепловой насос состоит из следующих компонентов:

• Компрессор — это устройство, которое сжимает газообразный хладагент под высоким давлением и температурой. Компрессор потребляет электричество для своей работы и является самым энергозатратным элементом теплового насоса. Для тепловых насосов часто применяются спиральные компрессоры, которые отличаются тихой работой, малыми размерами и высокой эффективностью.
• Конденсатор — это теплообменник, в котором газообразный хладагент охлаждается и конденсируется в жидкость, отдавая тепло потребителю. Потребителем может быть вода или воздух, которые используются для нагрева помещений или горячего водоснабжения. Конденсатор может быть изготовлен из разных материалов, таких как медь, сталь или алюминий.
• Испаритель — это теплообменник, в котором жидкий хладагент нагревается и испаряется, поглощая тепло от источника. Источником может быть воздух, вода или земля, которые имеют низкую температуру по сравнению с потребителем. Испаритель может быть изготовлен из разных материалов, таких как медь, сталь или пластик.
• Расширительный клапан — это устройство, которое регулирует поток хладагента между конденсатором и испарителем. Клапан понижает давление и температуру хладагента перед его поступлением в испаритель. Расширительный клапан может быть механическим или электронным.

к меню ↑

3.1 Устройство 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.

Система теплового насоса

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 ↑

3.2 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 ↑

3.3 Воздух – наиболее доступный источник тепла

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

Тепловой насос типа воздух-воздух

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.
к меню ↑

4 Как выбрать и установить тепловой насос?

Выбор теплового насоса зависит от многих факторов, таких как климатические условия, тип и размер помещения, наличие источников тепла, система отопления, бюджет и предпочтения пользователя.

1. Воздушные тепловые насосы подходят для регионов с умеренным климатом, где температура наружного воздуха не опускается ниже -15 °C. Они легко устанавливаются и не требуют дополнительных разрешений или земляных работ. Однако они имеют низкий коэффициент полезного действия (КПД) и могут создавать шум при работе.
2. Водяные тепловые насосы подходят для регионов с холодным климатом, где есть доступ к подземным или поверхностным водоемам. Они имеют высокий КПД и работают бесшумно. Однако они требуют больших капитальных затрат на бурение скважин или прокладку трубопроводов, а также специальных разрешений на использование водных ресурсов.
3. Земляные тепловые насосы подходят для любых регионов, где есть возможность закопать трубы в грунт на достаточной глубине. Они также имеют высокий КПД и работают бесшумно. Однако они также требуют больших капитальных затрат на земляные работы, а также достаточно большой площади участка для размещения труб.
4. Установка теплового насоса должна производиться квалифицированными специалистами, которые смогут правильно подобрать необходимое оборудование.

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