Отопление тепловыми насосами частного дома

Преимущества использования теплового насоса

• Экономичность. Благодаря высокому КПД системы достигается низкое энергопотребление. Из 1 кВт затраченной электроэнергии получается от 3 до 7 кВт тепловой энергии. Это больше, чем при работе любых котлов, использующих топливо.
• Автономность. Работа насоса не нуждается в подаче органического топлива, поэтому нет необходимости прокладывать тепловые коммуникации.
• Универсальность. В одном устройстве сочетаются одновременно системы нагрева воды, отопления и охлаждения.
• Безопасность. В отличие от котлов, которые могут воспламениться или взорваться, тепловой насос является абсолютно безопасным. Он не содержит деталей, температура которых может привести к пожару. Не выделяет угарный ядовитый газ. Остановка работы не приведет к поломке или замораживанию жидкости.
• Надежность. Работой насоса управляет автоматика. Обслуживание не требует специального обучения.
• Долговечность. Прибор может прослужить от 20 до 50 лет. Это на порядок больше, чем у стандартных систем отопления.
• Комфорт. Функционирование насоса не сопровождается колебанием температуры и влажности. Работает практически бесшумно.
• Минимум площади требуется под скважину. Так как зонд находится под землей, повредить его невозможно.
• Экологичность. Окружающая среда не загрязняется вредными выбросами.
• Отсутствие бумажной волокиты. При монтаже не нужны согласования, как, например, при установке газового отопления.

Принцип работы тепловых насосов

Принцип работы современного теплового насоса разработан инженером Карно. Обогрев жилья выполняется по определенному циклу. Прежде всего, используется специальный хладагент – газ, подобный фреону. Через тончайшие капилляры он под очень высоким давлением попадает в специальную камеру. Там давление значительно меньше, чем то, которое воздействовало на газ – и благодаря этому происходит довольно быстрое испарение.

Испаряясь, газ забирает тепло у стенок испарительной камеры. В последней из камер происходит активный отбор тепла у используемого контура (водного, земляного, воздушного). После этого хладагент, который находится в парообразном состоянии, сжимается посредством применения специального компрессора. Именно в этот момент и наблюдается значительное повышение температуры газа – а сам он перемещается в специальный отсек – конденсатор. Примерная температура газа в конденсаторе – 85-125 градусов.

Принцип работы тепловых насосов

Именно от этого тепла и происходит прогрев теплоносителя – это делается в специальном теплообменнике. А горячий теплоноситель легко перемещается по отопительной системе при помощи циркуляционного насоса. В том же конденсаторе происходит и охлаждение хладагента. А он, остывая, вновь возвращается к капиллярам. Именно таким образом цикл Карно постоянно повторяется.

Что такое тепловой насос

Рассматриваем принцип работы и виды необычного устройства для экономичного отопления коттеджа — теплового насоса.

Тепловой насос — устройство, которое использует тепло окружающей природы — воздуха, воды, грунта для отопления коттеджа и нагрева горячей воды. Сердце теплового насоса — фреоновый контур, включающий компрессор, расширительный клапан, два теплообменника и медный трубопровод.

Принцип работы теплового насоса — перекачивание тепла из одной среды (воздух, вода, грунт) в другую — в систему отопления.

Казалось бы, тепловой насос — сложное и непонятное устройство, одна абсолютное большинство из нас используют тепловой насос ежедневно. Дело в том, что холодильник — тоже тепловой насос: он также имеет фреоновый контур и компрессор, он также перекачивает тепло — охлаждая продукты и грея импровизированную «систему отопления» — решетку на задней стенке. Да и выглядит похоже.

Принцип работы теплового насоса. Тепловой насос отбирает низкопотенциальное тепло у воздуха (-25…+35 градусов), у воды (+2…+7 градусов), у грунта (-5…+5 градусов), охлаждая эту среду на несколько градусов. Фреон во внутреннем контуре теплового насоса закипает и превращается в газ, компрессор сжимает газ, у которого резко уменьшается объем, но увеличивается давление и температура, далее разогретый фреон передает тепло через теплообменник в систему отопления. Далее цикл повторяется.

Схема работы теплового насоса

Важно отметить, что тепловой насос потребляет электроэнергию только на перекачку тепла (циркуляционные насосы) и привод компрессора — а прямого нагрева теплоносителя не происходит. За счет этого на 1 кВт потребленной электроэнергии можно получить от 3 до 5 кВт тепловой энергии! Законы сохранения энергии не нарушаются — они применимы только для замкнутой системы, а у нас их здесь три — контур источника тепла, фреоновый контур, контур системы отопления

Виды тепловых насосов и их краткое сравнение. Важнейшая классификация тепловых насосов — по источнику низкопотенциальной энергии, у которого они отбирают тепло, повышают его температуру и передают в систему отопления.

Воздушные тепловые насосы — первые в списке. Они охлаждают уличный воздух, получая таким образом низкопотенциальное тепло. Данные тепловые насосы довольно просты в установке — не требуется проводить земляные работы, но у них есть недостаток: их эффективность и тепловая мощность зависит от температуры уличного воздуха. Чем холоднее на улице, тем хуже они работают. К сожалению, без резервного котла в средних и северных широтах России они не могут являться полноценным теплогенератором.

Воздушный тепловой насос DANFOSS установлен для отопления небольшого коттеджа

Водяные тепловые насосы — более стабильный вариант для отопления коттеджа. Как правило, его схемы работы заключается в том, что тепловой насос перекачивает воду из одной скважины в другую, отбирая у нее небольшое количество тепла. Производительность и эффективность таких тепловых насосов не зависит от температуры уличного воздуха, но нельзя дать 100% уверенность, что уровень воды в скважине не уменьшится.

Принцип работы водяного теплового насоса

Грунтовый тепловой насос отбирает тепло у почвы. Этот тип тепловых насосов также способе круглый год отапливать дом (и быть единственным котлом в коттедже — тоже), и имеет довольно высокую эффективность. Система отбора низкопотенциаьного тепла здесь следующая: либо бурятся скважины, в которые опускаются геотермальные зонды (по которым по замкнутому контуру циркулирует теплоноситель, нагреваясь от грунта через стенки трубы), либо такой же контур раскладывается в горизонтальной плоскости (почти как теплый пол) в грунте. У каждого есть свои плюсы и минусы.

Грунтовой тепловой насос с горизонтальным коллектором

Грунтовой тепловой насос с вертикальными скважинами

В целом, при правильном подходе, тепловой насос — удобный агрегат для отопления коттеджа, а в некоторых случаях он быстро окупается, несмотря на высокую первоначальную стоимость.

Пример котельной с тепловым насосом DANFOSS для отопления и нагрева горячей воды
zen.yandex.ru/media/teplo/

С вами продолжает мастерить дед Андрей…

Преимущества и недостатки системы

Прежде чем собственник решит инвестировать средства в геотермальное отопление дома под ключ цена которого зависит от многих критериев, он должен знать все плюсы и минусы. Они довольно обширны и не ограничиваются лишь большими первоначальными вложениями и отличной отдачей в работе оборудования в перспективе.

Положительные моменты

Если не брать в расчет огромные финансовые затраты, необходимые для проведения земляных работ и покупки насоса, то геотермальная энергия может дать отличные дивиденды. По сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии, геотермальная энергия имеет весомые преимущества – она использует относительно постоянный источник энергии. Это означает, что она не зависит от ветра, солнца, температуры за окном и может работать в режиме 365/24/7 независимо от времени года и прочих внешних условий.

Для геотермальной системы характерен простой и понятный принцип работы. Геотермальное отопление дома при этом является выбором людей, проявляющих заботу об экологии, ведь в процессе эксплуатации побочные выбросы минимальны, а тепло вырабатывается из возобновляемых источников энергии.

Высокая эффективность в сочетании с низкими эксплуатационными расходами позволяет геотермальной системе занять лидирующие позиции в рейтинге альтернативных источников энергии. При этом оборудование, необходимое для функционирования системы имеет малые габариты и отнимает незначительное количество полезного пространства. Так, насос на отопление занимает столько же места, сколько и традиционный газовый котел.

Кроме того, срок службы геотермального теплового насоса достаточно велик – он составляет минимум два десятка лет, при этом трубы, используемые для оборудования теплообменника под землей, имеют еще более солидную гарантию. Производители обещают, что они надежно прослужат в системе отопления до пятидесяти лет. Также стоит добавить, что делая своими руками геотермальное отопление собственник может рассчитывать на бесшумную работу всех компонентов системы, их долговечность и функциональность. Если в доме нет газа, то наша статья «Как организовать отопление загородного дома без газа?» будет полезной.

Критика геотермальной системы

Среди характеристик геотермальных систем встречаются и негативные моменты. Специалисты отмечают, что монтаж геотермальных систем отопления подходит далеко не для всех домов. В частности, дома, расположенные на скалистых участках не могут быть оборудованы геотермальными энергоблоками. Еще одним минусом является то, что насос для отопления в частном доме купить могут далеко не все, ведь прибор отличается от аналогов очень высоким ценником.

Реалии таковы, что на сегодняшний день позволить себе использование экологичного геотермального отопления могут лишь состоятельные люди, бюджет которых рассчитан на огромные капиталовложения в обустройство дома.

Подбор насоса для системы отопления должен проводить грамотный специалист после проведения ряда тепловых, гидравлических и геодезических расчетов.

Установка системы сопровождается масштабными и дорогостоящими работами, поэтому собственнику в процессе монтажа трубопроводов придется постоянно увеличивать статьи затрат и быть готовым к непредвиденным расходам. Непосредственная установка оборудования предполагает работу целой команды профессионалов, имеющих достаточный уровень квалификации для реализации столь сложного и ответственного проекта.

Тепловые насосы типа «воздух – вода», «воздух – воздух»

Тепловой насос типа «воздух – воздух» и «воздух – вода» схожи по принципу работы с кондиционерами. Они стоят дешевле, но проигрывают другим видам насосов по универсальности, применяясь преимущественно для нагревания горячей воды.

Такие устройства имеют два варианта исполнения:

1. Сплит система состоит из двух блоков, соединенных инженерными коммуникациями. В состав наружного входят мощный вентилятор и испаритель, а внутренний содержит конденсатор и автоматику. При этом компрессор может располагаться как во внутреннем блоке, так и в наружном, чтобы избежать шума в помещении.
2. В моно системе все элементы собираются в одном корпусе и монтируются либо в доме, соединяясь с улицей гибким воздуховодом, либо снаружи.

Схема теплового насоса

Работоспособность большинства тепловых насосов базируется на тепле грунта, в котором на протяжении года температура практически не колеблется (в пределах 7-10 градусов). Тепло перемещается между тремя контурами:

1. Контур отопления
2. Тепловой насос
3. Рассольный (он же земляной) контур

Классический принцип работы тепловых насосов в отопительной системе состоит из следующих элементов:

1. Теплообменник, отдающий внутреннему контуру тепло, забираемое у земли
2. Сжимающее устройство
3. Второе теплообменное устройство, передающее отопительной системе энергию, получаемую во внутреннем контуре
4. Механизм, понижающий давление в системе (дросселе)
5. Рассольный контур
6. Земляной зонд
7. Отопительный контур

Труба, которая выполняет роль первичного контура, помещается в колодец или закапывается непосредственно в землю. По ней перемещается незамерзающий жидкий теплоноситель, температура которого повышается до аналогичной характеристики земли (около +8 градусов) и поступает во второй контур.

Вторичный контур забирает тепло у жидкости. Циркулирующий внутри фреон начинает закипать и преобразовываться в газ, который направляется в компрессор. Поршень сжимает его до 24-28 атм, благодаря чему происходит увеличение температуры до +70-80 градусов.

На данном рабочем этапе происходит концентрирование энергии в один небольшой сгусток. Благодаря этому увеличивается температура.

Разогретый газ поступает в третий контур, который представлен системами горячего водоснабжения или даже отопления дома. При передаче тепла возможны потери до 10-15 градусов, но они оказываются не существенны.

Когда фреон остывает, происходит уменьшение давления, и он вновь превращается в жидкое состояние. При температуре 2-3 градуса он поступает обратно во второй контур. Цикл повторяется снова и снова.

Использование с учетом климата

Воздушный тепловой насос для дома подходит для использования только в ограниченном количестве регионов, то есть в тех местах, в которых температура воздуха в зимнее время практически не опускается ниже нуля градусов. Естественно, для жителей Сибири, Крайнего Севера, Дальнего Востока это оборудование не подходит.

Для установки водяных термонасосов существует множество ограничений. Но основная особенность заключается в том, что больше половины территории государства расположена в зоне вечной мерзлоты. Поэтому даже если и есть на участке этот водоносный слой, находящийся не очень глубоко, то все равно эти подземные воды полностью замерзли и имеют форму льда, соответственно, не подходят для отопительных систем.

Так, многим владельцам коттеджей нужно рассчитывать только на грунтовый теплонасос. Причем в условиях многих климатических регионов лучше всего подходит система с вертикальным коллектором, которая позволяет пробурить скважину до глубины, где температура относительно стабильна.

Принцип и схема работы теплового насоса, виды

Принцип

Конструкция любого теплового теплонасоса предусматривает 2 части: наружная (поглощает тепло из внешних источников) и внутренняя (передает изъятое тепло непосредственно в систему отопления помещения). Внешними возобновляемыми источниками тепловой энергии являются, например, тепло земли, воздуха или грунтовых вод. Такая конструкция позволяет существенно снизить затраты на теплоэнергию или охлаждение для частного дома, ведь примерно 75% энергии вырабатывается, благодаря бесплатным источникам.

Схема работы

В состав отопительной установки входят: испаритель; конденсатор; разряжающий вентиль, который понижает давление в системе; компрессор, повышающий давление. Каждый из этих узлов связан друг с другом замкнутой цепью трубопровода, внутри которого находится хладагент. Хладагент в первых циклах находится в жидком состоянии, в следующих – в газообразном. Это вещество обладает низкой температурой кипения поэтому при варианте земляного типа оборудования, способен преобразоваться в газ, достигнув уровня температуры грунта. Далее газ поступает в компрессор, где происходит сильное сжатие, которое приводит к быстрому нагреву. После горячий пар поступает во внутреннюю часть теплонасоса, и уже здесь используется непосредственно для отопления помещений или для нагрева воды. Затем хладагент охлаждается, конденсируется и снова переходит в жидкое состояние. Через расширительный клапан жидкое вещество перетекает в подземную часть, чтобы повторить цикл нагрева.

Принцип охлаждения такой установки аналогичен принципу отопления, но используются не радиаторы, а фанкойлы. Компрессор в этом случае не функционирует. Холодный воздух из скважины напрямую поступает в кондиционирующую систему.

Виды теплонасосов

Какие бывают типы тепловых насосов? Различают оборудование по внешнему источнику теплоэнергии, который используется в системе. Среди бытовых вариантов выделяют 3 типа.

Грунтовый или земляной («грунт-воздух», «грунт-вода»)

Применение земляного теплонасоса в качестве источника теплоэнергии обеспечит эко-чистоту и безопасность. Стоимость такого оборудования высока, но функционал его огромен. Не требуется частого сервисного обслуживания, и обеспечен долгий срок эксплуатации.

Грунтовые теплонасосы могут быть двух видов: с вертикальной или с горизонтальной установкой трубопроводов. Вертикальный метод укладки более дорогостоящий, так как требуется глубокое бурение скважин в диапазоне 50-200 метров. При горизонтальном расположении трубы закладываются на глубину около метра. Для того, чтобы обеспечить сбор необходимого количества теплоэнергии, совокупная площадь трубопроводов должна превышать в 1,5-2 раза площадь отапливаемых помещений.

Водный насос («вода-воздух», «вода-вода»)

Для южных регионов с теплым климатом подойдут водяные установки. В прогретых на солнце водоемах температура воды на определенной глубине относительно устойчива. Предпочтительно прокладывать шланги в самом грунте дна, где температура выше. Для фиксации подводных трубопроводов используется груз.

Воздушный («воздух-вода», воздух-воздух»)

В установке воздушного типа источником энергии является воздух из внешней среды, который поступает на теплообменник испарителя, в где расположен жидкий хладогент. Температура хладогента всегда ниже, чем температура поступающего в систему воздуха, поэтому вещество моментально закипает и становится горячим паром.

Помимо классических моделей, востребованы комбинированные варианты установок. Такие теплонасосы дополнены газовым или же электрическим нагревателем. При плохих климатических условиях, производительность отопительного устройства уменьшается, и аппарат переключается на альтернативный вариант обогрева. Особенно актуально такое дополнение для оборудования типа «воздух-вода» или «воздух-воздух», так как именно этим видам свойственно понижение эффективности.

Для регионов с долгими холодными зимами надежнее всего использовать геотермальные (грунтовые) тепловые насосы. Воздушные теплонасосы подойдут для территорий с мягким южным климатом. Также при установке оборудования, использующего энергию земли, следует учитывать особенности грунта. Продуктивность теплонасоса будет гораздо выше в глинистом грунте, нежели в песчаном. Помимо этого, имеет значение глубина расположения трубопроводов, трубы необходимо укладывать глубже уровня промерзания земли в холодные периоды.

Принцип работы тепловых систем

Всем известно мощнейшим тепловым источником на земле является солнце, ведь оно может нагревать различные поверхности.

Целью же создания теплового насоса стало извлечение накопленных ресурсов с последующим их применением. Стоит заметить, что разработка вполне оправдала себя. При затратах 1 кВт электричества добывается не менее 6 кВт тепловой энергии. Тепловой насос способен бесперебойно работать до 20 лет без необходимости в капитальном ремонте.

Фото насоса для системы отопления в разрезе.

Что представляет собой тепловой насос для отопления дома? Это устройство, предназначенное для получения тепловой энергии, используя при этом природные источники (земля, моря, грунт и др.). Для контура водяного и рабочей жидкости данной системы оборудование оснащено специальными циркулярными насосами. Отвечающая за необходимую выработку тепловой энергии система является автоматизированной.

Схема конструкции тепловой системы отопления для дома выглядит следующим образом:

1. Внешний контур – трубопровод, который укладывается в воду и землю. По нему происходит циркуляция антифриза.
2. 2-ой контур является местом, где циркулирует хладагент. Здесь же встроены конденсатор с испарителем, дроссель с компрессором – устройства для изменения давления хладагента.
3. 3-м контуром является сама же система.

Цикл работы:

1. Циркулируя внутри коллектора, антифриз поглощает поступающую из природных источников энергию.
2. Переход тепла от незамерзающей в испарителе жидкости к хладагенту.
3. Превращение хладагента в состояние газа после его закипания.
4. Сжимание и нагревание всасываемого газа в компрессоре с последующим выталкиванием в конденсатор.
5. Охлаждение газа, конденсация в процессе передачи к контуру отопления от хладагента тепловой энергии.
6. Возвращение хладагента обратно в испаритель. Повторение цикла заново.

Схема работы насоса и отопительной системы.

Главной особенностью тепловой системы является то, что зимой она обогревает помещение, а летом ее можно использовать как кондиционер, запустив процесс в обратном направлении.

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.