Обогрев дома тепловым насосом воздух-вода

Принцип работы тепловых насосов для отопления дома базируется на извлечении тепла из окружающего воздуха, грунта, озер, рек, морей, подземных вод с последующей передачей теплоносителю. Наряду с отличными экологическими показателями присутствуют не уступающие им экономические показатели, что стало возможным благодаря использованию бесплатного тепла окружающей среды.

Высокоэффективный тепловой насос «воздух-вода»

Тепловые насосы на каждый потребленный 1,00 киловатт электрической энергии способны вырабатывать до 4,44 кВт тепловой, что делает эту систему намного эффективнее всех традиционных способов создания микроклимата.

Принцип действия теплового насоса

Тепловой насос «воздух-вода» — это система, обеспечивающая отопление, горячее водоснабжение и охлаждение зданий. В общих словах принцип действие теплового насоса при работе на нагрев можно описать следующим образом:

  • Наружный блок с помощью хладагента отбирает тепловую энергию из наружного воздуха (источник тепла). Хладагент поступает в компрессор, где после сжатия его температура увеличивается.
  • Горячий хладагент (теперь в форме газа) поступает в теплообменник внутреннего блока фреон-вода.
  • Хладагент передает тепло воде, которая затем переносит его к элементам климатической системы.
  • Хладагент (снова в жидкой фазе) возвращается в наружный блок, и цикл повторяется.

При работе на охлаждение тот же процесс происходит в обратном порядке – хладагент отбирает тепло из воды, передает в наружный блок, а затем – в воздух.

Внутренний блок определяет, когда необходимо включить наружный, основываясь на данных, полученных от температурного датчика.

Если тепла требуется больше, чем может обеспечить наружный блок, внутренний блок подключает к работе дополнительный электрический нагреватель или другое подсоединенное нагревательное устройство.

Преимущества

Низкие эксплуатационные расходы благодаря инверторному управлению компрессором. Скорость компрессора регулируется в зависимости от потребности в тепле/холоде. При работе на нагрев система имеет самый большой в отрасли коэффициент СОР – 4,08~4,44*

  • Объединив бак для горячей воды с водяным теплообменником внутреннего блока, удалось получить компактный размер блока – основание 600х650 мм. Схемы электропроводки и фреонового трубопровода упростились с изменением конструкции внутреннего блока.
  • Максимальная температура подаваемой воды 65°C при условии использования дополнительного нагревателя достаточной мощности, чтобы система могла компенсировать нерегулярное и избыточное потребление горячей воды (при использовании только компрессора макс. температура воды 58°C).
  • Различные установки температуры дезинфекции в зависимости от требований конкретной страны.
  • Достаточное давление воды и ее качество поддерживаются благодаря прямой подаче воды, а не использованию воды из бака, это же снижает риск появления  бактерий легионеллы
  • Возможно подсоединение к внешним источникам тепла, включая солнечные коллекторы. Более подробная информация представлена в руководстве по монтажу.

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.

Посмотрите товары для изобретателей. Ссылка на магазин.

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.

Читайте также:  Правильное отопление частного дома с газовым котлом

Электроника для самоделок в китайском магазине.

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.

Что такое тепловой насос

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.

Что такое тепловой насос
  • 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.
Что такое тепловой насос

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.
Что такое тепловой насос

Грунтовой тепловой насос с горизонтальным коллектором

Что такое тепловой насос

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

С вами продолжает мастерить дед Андрей…

Достоинства и негативные стороны тепловых насосов

Работой тепловых насосов для отопления дома можно управлять посредством специально установленных терморегуляторов. Насос автоматически включается при падении температуры среды ниже заданного значения и отключается, если температура превышает заданную отметку. Тем самым прибор поддерживает постоянную температуру в помещении – это одно из преимуществ устройств.

Достоинствами прибора являются его экономичность – насос потребляет небольшое количество электроэнергии и экологичность, или абсолютная безопасность для окружающей среды. Основные преимущества устройства:

Достоинства и негативные стороны тепловых насосов
  • Надежность. Срок службы превышает 15 лет, все части системы обладают высоким рабочим ресурсом, перепады энергии не наносят системе вреда.
  • Безопасность. Отсутствуют сажа, выхлоп, открытое пламя, утечка газа исключена.
  • Комфорт. Работа насоса бесшумная, уют и комфорт в доме помогают создать климатконтроль и автоматическая система, работа которой зависит от погодных условий.
  • Гибкость. Прибор отличается современным стильным дизайном, его можно совместить с каждой системой отопления дома.
  • Универсальность. Применяется в частном, гражданском строительстве. Поскольку обладает широким диапазоном мощностей. За счет чего может обеспечить теплом помещения любой площади – от небольшого дома до коттеджа.

Сложная структура насоса определяет его главный недостаток – высокую стоимость оборудования и его монтажа. Для установки прибора необходимо проводить земляные работы в больших объемах.

Правила и особенности установки

Для установки электрического котла отопления своими руками необходимо тщательно изучить инструкцию, которая прилагается к изделию. Монтаж предусматривает несколько этапов:

  • подготовка места установки и монтаж креплений. Поверхность, на которой устанавливается теплосиловой агрегат, необходимо отделать огнеупорной панелью. Для предотвращения перекосов кронштейны подгоняют с помощью строительного нивелира;
  • заземление. В целях электробезопасности в схеме установки электрического котлапредусматривается подсоединение силового устройства к заземляющей шине. Применяется медный провод сечением от 4 мм. Проводник подключается к нулевой клемме в нижней части корпуса;
  • устанавливают циркуляционный насос и расширительный бак, если они не предусмотрены в конструкции котла отопления.

При пусконаладочных работах особое внимание уделяется таким моментам, как герметичность всей системы и удаление лишнего воздуха. Далее оборудование тестируется на различных рабочих режимах.

Геотермальные насосы

Геотермальные тепловые насосы можно разделить на два типа – замкнутый и открытый. При этом система открытого типа предназначена для нагрева воды, проходящей через тепловой насос, причем после прохождения по системе вода выводится в землю.

Такая система будет идеально работать при наличии большого объема чистой воды с учетом того, что ее потребление не будет наносить вред окружающей среде, и не будет вступать в противоречие с действующим законодательством.

Замкнутые системы, в свою очередь, можно классифицировать по следующим типам:

  • Геотермальный с горизонтальным расположением, когда коллектор размещается в траншее ниже глубины промерзания грунта, в среднем, глубина находится в пределах полутора метров. Коллектор следует укладывать кольцами для того, чтобы свести к минимуму земляные работы и обеспечить большой контур на маленькой площади. Этим способом можно пользоваться при наличии свободных земельных участков.
  • Геотермальный с вертикальным расположением, когда коллектор размещается на глубине до 200 метров в скважине. Данный способ используется при отсутствии свободных земельных площадей, соответствующих требованиям устройства горизонтального расположения коллектора, что нередко случается при неровном ландшафте местности.
  • Геотермальный водный – в этом случае коллектор помещается в водоем ниже глубины его промерзания, укладка также выполняется кольцами. Ограничением применения такой системы может быть только минимальный объем воды или недостаточная глубина водоема.

Как работает земляной тепловой насос и сколько стоит?

Принцип действия обычно основан на смеси воды и антифриза, которая закачивается в область земляного массива.

Благодаря этой смеси поглощается солнечная энергия, запасённая в массиве земле. Тепло извлекается посредством использования технологий сжатия и расширения  и в качестве энергетического потенциала может применяться для отопления частного дома.

Объёмная доля собранного теплового ресурса напрямую зависит от производительности (количества труб, длины и глубины вырытых траншей), а также от характеристик почвы.

Практика показывает, что глинистая почва способна удерживать больше тепла, чем песчаная. Перед проектированием и сооружением земляного теплового насоса, как правило, выполняется тщательное изучение состояния грунта.

Согласно некоторым оценкам специалистов по энергосбережению, стоимость установки типовой системы земляного теплового насоса в частном доме на три-четыре спальни, составит около 800 000 рублей.

При помощи информации: Wikipedia ; Homebuilding

По схеме «от воде к воде»

Кинетическую энергию воды применять вполне возможно. И не спешите отметать этот вариант, поскольку на значительной глубине температурные параметры остаются весьма высокими. А их изменения проходят в небольших интервалах или не происходят вовсе.

Варианты действий:

  1. Использовать реку, озеро или другой открытый водоем.
  2. Задействовать скважину, колодец или прочий источник грунтовых вод.
  3. Работать с обратным водоснабжением. Речь идет о сточных водах из промышленных секторов.
По схеме «от воде к воде»

Наиболее выгодным в финансовом и техническом отношении является первый вариант действий. При этом кардинальных отличий между «от грунта к воде» и «от воде к воде» не значится. Во втором случае трубы углубляют в открытый водоем. Их обязательно оснащают грузом.

Читайте также:  Чертежи котлов на твердом топливе своими руками

Вид применяемых труб – стандартные полиэтиленовые. Из них образуют коллектор. Его размещают на дне водоема. Такой монтаж не требует значительных навыков и усилий, а также расходов.

Важно! При работе с источником грунтовых вод монтаж получается намного сложнее. Приходится устраивать отдельную скважину, куда будет сбрасываться вода.

Затраты и перспективы окупаемости

Расходы на оборудование и его монтаж в процессе сооружения геотермального отопления зависят от мощности агрегата и от производителя.

Производителя каждый выбирает, руководствуясь собственными соображениями и сведениями о репутации и надежности того или иного бренда. А вот мощность зависит от площади помещения, которое предстоит обслуживать.

В этом рисунке кратко отражена вся суть выгоды, получаемой от применения геотермальной отопительной системы. Именно такое соотношение входящей и исходящей энергии позволяет система сначала быстро окупиться, а потом и экономить средства своего владельца ( )

Затраты и перспективы окупаемости

Если брать в расчет именно мощность, то стоимость тепловых насосов колеблется в следующих диапазонах:

  • на 4-5 кВт – 3000-7000 условных единиц;
  • на 5-10 кВт – 4000-8000 условных единиц;
  • на 10-15 кВт – 5000-10000 условных единиц.

Если к этой сумме мы прибавим затраты, которые нужны на выполнение монтажных работ (20-40%), то мы получим сумму, которая для многих покажется абсолютно нереальной.

Но все эти затраты окупятся за вполне приемлемые сроки. В дальнейшем же вам придется оплачивать лишь незначительные расходы на электричество, необходимое для работы насоса. И это всё!

Из-за недостаточной для обогрева жилых строений эффективности геотермальных систем их используют в качестве дополнения к основным отопительным сетям или сооружают комплексно с двумя и более теплообменниками

Как показывает практика, геотермальное отопление особенно выгодно для домов, общая отапливаемая площадь которых составляет 150 кв. м. За пять-восемь лет все затраты на обустройство систем отопления в этих домах полностью окупаются.

Затраты и перспективы окупаемости

Если геотермальное отопление не особо востребовано среди собственников частных домов, то эффективность гелеосистем уже оценили жители южных регионов. Технология сооружения солнечного отопления достаточна проста, а ее экономичность и практичность подтверждена многолетним опытом использования западными странами и нашими соотечественниками.

Дополнительная информация об альтернативных источниках энергии представлена в этой статье.

Классический вариант

Традиционный подход к использованию газа в целях обеспечения оптимального микроклимата теплиц предполагал создание теплового контура, основа которого – газовый котел. Данный метод эффективен и надежен, но для небольшой частной теплицы подходит не слишком хорошо, оказываются внушительными финансовые вложения, приходится формировать сложные разводки труб, монтировать запорную арматуру для точной настройки и корректировки функционирования. Ко всему прочему, подобный метод обогрева газом подразумевает получение многочисленных справок и разрешений, техника относится к разряду потенциально опасных, а потому необходимы одобрения со стороны контролирующих органов.

В итоге, данная схема актуальна только в том случае, если речь идет о большой коммерческой теплице площадью несколько сотен квадратных метров. Тогда можно говорить об оправданности всех капиталовложений, они достаточно быстро компенсируются. Создание отдельного теплового контура для небольшой сельскохозяйственной конструкции уместно только в том случае, если хозяева используют газовый котел для обогрева основного коттеджа, имеется возможность сделать ответвление к теплице.

Классический вариант

Несколько полезных рекомендаций

Перед тем, как приступать к изготовлению теплового насоса, следует оценить уровень теплоизоляции здания и повысить ее до максимального уровня. Иначе эффективность этой системы будет стремиться к нулю.

Лучше всего применять тепловой насос в комплекте с низкотемпературными системами отопления. Чаще всего агрегат подключают к системе «теплый пол». Успешным может быть опыт с системами теплых стен, больших по площади радиаторов и т. п. Эффективность системы будет тем выше, чем меньше разница температур на наружном и внутреннем контурах.

Чтобы снизить затраты на сооружение теплового насоса, рекомендуется использовать дополнительный источник тепла: газовый, электрический или твердотопливный котел. Требуемая мощность и расходы на сооружение теплового насоса будут меньше, а стоимость отопления жилища сократится.