Тепловой насос – что это такое, устройство, принцип работы, для чего нужен, плюсы и минусы

Тепловой насос – что это такое, устройство, принцип работы, для чего нужен, плюсы и минусы

Одним из экологически чистых альтернативных источников энергии является тепловой насос. Устройство способно как нагревать воздух в помещении или воду в радиаторах и системе водоснабжения, так и охлаждать дом в зависимости от потребностей владельца и конструкции.

Что такое тепловой насос?

В некоторых, особенно европейских странах, США и Японии проблема заботы об окружающей среде и высокие цены на природное топливо привели к повсеместному распространению альтернативных устройств для обогрева жилищ и обеспечения домов и квартир горячей водой. К ним относится и тепловой насос – это система, способная переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, функционирующая по принципу цикла Карно.

что такое тепловой насос

Устройство теплового насоса

Схематически можно следующим образом представить устройство теплового насоса для частного дома:

  1. Вся система состоит из трех контуров.
  2. В первом функционирует теплоноситель, который переносит энергию от источника низкопотенциального тепла (то есть с низкой температурой).
  3. Во втором происходит циркуляция хладагенты, которым часто выступает фреон. Газ, испаряясь, забирает тепло у предшественника, а конденсируясь – отдает его следующему.
  4. В третье функционирует теплоприемник (вода или воздух), который, двигаясь по системе индивидуального отопления, обогревает дом или квартиру.

Основными компонентами такого прибора являются:

  1. Компрессор, подключаемый к сети электропитания.
  2. Испаритель, превращающий хладагент в газообразное состояние.
  3. Конденсатор, в котором происходит обратный переход в жидкое состояние рабочего тела.
  4. Редукционный клапан.
  5. Магистрали, выполненные из медных труб.
  6. Средства управления и автоматика.
устройство теплового насоса

Принцип работы теплового насоса

Выше уже упоминалось о том, что работа прибора основывается на цикле Карно, описанного еще в конце XIX столетия. По этому же принципу работают все современные холодильники и кондиционеры, только их работа направлена на охлаждение, а у теплового насоса наоборот, на нагрев. Суть процесса состоит в том, что от среды с более низкой температурой, которой может быть грунт, вода или воздух, тепло переносится к среде с более высокой, еще сильнее нагревая ее до +55℃.

Принцип работы того, как работает тепловой насос, можно сформулировать так:

  1. В испаритель хладагент поступает в сжиженном состоянии, но из-за резкого перепада давления закипает и испаряется. В это время происходит отбор тепла у стенок испарителя.
  2. Хладагент с накопленной тепловой энергией поступает в компрессор, сжимается и выталкивается в конденсатор.
  3. В конденсаторе газ отдает тепловую энергию носителю и конденсируется. Цикл повторяется вновь.
  4. Электроэнергия в таком процессе затрачивается только на работу компрессора.

Для чего нужен тепловой насос?

Отличием теплового насоса для отопления дома является тот факт, что он не использует источники энергии, а лишь «отнимает» накопленное за весенне-летний период тепло у грунта и скальных пород, водоемов и окружающего воздуха как на улице, так и в соседнем помещении. Тепловые насосы зимой в условиях умеренного климата можно использовать:

  1. Для организации системы отопления дома, подключая к устройству привычные батареи, в которых функционирует горячая вода.
  2. Создания общей системы горячего водоснабжения или локальный подогрев, например, бассейна.
  3. В летний период устройство можно использовать как прибор для кондиционирования, то есть охлаждения, воздуха.
для чего нужен тепловой насос

Плюсы и минусы теплового насоса

Разобравшись с тем, что это такое тепловой насос, по какому принципу он работает и для чего применяется, следует выделить все преимущества и недостатки устройства. К плюсам можно отнести:

  1. Экологичность. При работе устройства не происходит сгорания топлива.
  2. Экономичность. Электрическая энергия тратится только на поддержание работы компрессора, а объем выделяемой тепловой энергии в несколько раз превышает уровень потребления электричества.
  3. Высокий уровень пожаробезопасности. Система представляет собой замкнутый контур, ей не нужна система вентиляции и постоянное заполнение энергоносителями.
  4. Универсальность. Тепловой насос можно использовать для отопления помещения зимой и охлаждения летом.

У прибора есть и ряд минусов:

  1. Высокая стоимость самого прибора и существенные затраты на проведение монтажа.
  2. Срок эксплуатации устройства составляет около 20-ти лет, после чего потребуется капремонт системы.
  3. Тепловой воздушный насос эффективно работает на обогрев только при температурах воздуха на улице не ниже -15℃, что неприемлемо для многих регионов умеренного климата.

Виды тепловых насосов

Для того чтобы полностью понимать, что это такое тепловой насос, можно ознакомиться с видами таких установок. По виду передачи энергии все устройства разделяются на две большие группы:

  1. Компрессионные, стандартные установки с неизменным набором оборудования.
  2. Абсорбционные. Устройства нового поколения, в которых рабочим телом является пара абсорбент-хладон.

Многие потребители знают градацию устройств по источнику тепла. Они бывают:

  1. Геотермальные, к которым относится водяной и грунтовый насос.
  2. Воздушные, добывающие тепло из атмосферы.
  3. Работающие от вторичных источников тепла на основе канализационных стоков, воздуха или воды.
виды тепловых насосов

Воздушный тепловой насос

Самой простой в монтаже разновидностью является воздушный тепловой насос для отопления дома. Стоимость установки такой системы значительно ниже, чем водяного и грунтового аналога. Система «выкачивает» тепло из атмосферы, поэтому эффективно отапливает дом в холодные месяцы и способна охлаждать его в жару. Самым большим недостатком разновидности является стабильная работа только при температурах воздуха не ниже -20℃. Падение столбика термометра ниже указанных показателей приведет к неполадкам в работе и выходу оборудования из строя.

воздушный тепловой насос

Водяной тепловой насос

Сравнительно редко используется водяной тепловой насос для дома. Он использует тепло от грунтовых вод или близко расположенного водоема. Система обладает высокой эффективностью и стабильностью, ведь у воды высокая теплоотдача и незначительные колебания температуры в течение года. Однако, для установки системы такого типа необходимо соблюдение следующих условий:

  1. Наличие на участке достаточного объема грунтовых вод, глубина залегания которых не превышает 30-40 м и расположения вблизи водоема.
  2. Приемлемое качество воды с низким содержанием железа и других примесей, чтобы оборудование быстро не вышло из строя.
водяной тепловой насос

Грунтовой тепловой насос

Для подогрева хладагента в испарителе геотермальный тепловой насос получает тепло из грунта. Температура земли ниже уровня промерзания грунта практически неизменна круглый год, поэтому работа прибора не зависит от внешних погодных условий. В такой системе трубы со специальным антифризом располагаются в грунте вблизи отапливаемого объекта. Существует две схемы размещения труб:

  1. Горизонтальный коллектор. При таком способе трубы закапываются ниже уровня промерзания грунта горизонтально на большой площади.
  2. грунтовой тепловой насос горизонтальный коллектор
  3. Геотермальный зонд. При такой схеме трубы устанавливаются вертикально, погружаясь в землю на 100-200 м. Способ затратен на этапе бурения скважин.
  4. грунтовой тепловой насос геотермальный зонд

Режимы работы теплового насоса

Теплонасосная система отопления может работать в одном из двух режимов:

  1. Моновалентный, то есть устройство обеспечивает всю тепловую нагрузку на здание. Такой режим хорошо сочетается с тепловыми насосами для отопления частного дома, работающими с низкопотенциальными источниками со стабильной температурой (грунт, вода, канализация) и системами отопления теплые полы. Недостатком являются существенные затраты на этапе установки.
  2. Тепловые насосы, применение которых планируется в комбинации с другим нагревательным прибором, работают в бивалентном режиме. Точкой бивалентности считается самая низкая температура в пятидневку самого холодного месяца. При ее достижении насос отключается или начинает работать в паре с другим источником тепла.

Как выбрать тепловой насос?

При проведении таких затратных и трудоемких работ, как установка теплового насоса, важно на начальном этапе правильно определиться с оптимальной моделью. Во время подбора разновидности стоит:

  1. Определить оптимальный источник энергии, подходящий для конкретного региона и даже участка. Это могут быть грунтовые воды или близлежащий водоем, атмосферное тепло или температура грунта.
  2. Тепловой насос на отопление подбирается нужной мощности, исходя из площади и величины теплопотерь здания, нужного объема воды для ГВС. Эти расчеты лучше доверить квалифицированным персоналам сертифицированных центров продаж оборудования.
  3. Учитывать финансовые возможности как на покупку оборудования, так и проведение монтажных работ.
  4. Понимать, что система будет выгодна только при постоянном использовании в течение длительного периода. То есть в загородном доме с тепловым насосом стоит проживать постоянно.

Рейтинг тепловых насосов

При покупке дорогостоящего оборудования можно изучить отзывы о его работе как от профессионалов, так и обычных пользователей, успевших оценить все преимущества и недостатки прибора. В рейтинг самых популярных моделей тепловых насосов неизменно входят:

  1. NIBE F1245-12 R – грунтовой насос, нагревающий воду в батареях и для эпизодического использования. Подойдет в качестве основного источника тепла для коттеджей и офисов. Стоимость порядка $10,5 тыс., которая окупается примерно за 10 лет.
  2. рейтинг тепловых насосов NIBE
  3. Danfoss DHP-L Opti Pro+13 – оборудование класса «вода-вода», используемое для горячего водоснабжения и отопления. Снабжен гибким автоматическим управлением. Стоимость ­­– $8,8 тыс.
  4. рейтинг тепловых насосов Danfoss
  5. Hitachi Yutaki S Combi RWD-2. Тепловые насосы Hitachi можно эксплуатировать круглогодично. Система подходит для радиаторов и теплых полов. Модель снабжена инверторной системой управления и антибактериальной опцией. Стоимость ­­– $12 тыс.
  6. рейтинг тепловых насосов Hitachi
  7. Fairland AHP13AS – прибор, функционирующий вместе с современными системами отопления и работающий только на нагрев. Оснащен инверторным управлением Стоимость – $3,1 тыс.
  8. рейтинг тепловых насосов Fairland
  9. Lessar LSM-H120HFA2 – многофункциональный насос небольшого веса с низким уровнем шума. Стоимость – $2,3 тыс.
  10. рейтинг тепловых насосов lessar

Тепловой насос своими руками

Обладая определенными знаниями в области холодильных установок, тепловой насос можно сконструировать самостоятельно. Грунтовые установки требуют большого количества финансовых и временных затрат. Народные умельцы чаще изготавливают тепловой насос из кондиционера. Для этого нужно:

  1. Приобрести рабочий оконный охладитель, способный работать и на отопление дома.
  2. Снять верхний кожух.
  3. Отсоединить теплообменник.
  4. Снять наружную крыльчатку с общего вала.
  5. Изготовить металлический бак со штуцерами для подачи воды в боковой стенке, длина которого равна длине теплообменника, а ширина больше на 12-15 см.
  6. Добавить к радиатору дополнительные пластины из меди или алюминия.
  7. Погрузить радиатор в бак.
  8. Загерметизировать крышку и вводы контура.
  9. Подсоединить к штуцерам шланги и циркуляционные насосы.
  10. Проверить герметичность и исправность работы прибора.

Правила монтажа теплового насоса

Весь процесс монтажа теплового насоса для отопления профессионалы делят на следующие этапы:

  1. Составление проекта, в которой работа внешней части устройства будет полностью согласована с внутренней.
  2. Сборка непосредственно тепловой насос, полностью следуя всем правилам, указанным в инструкции производителем.
  3. Проведение монтажа коллекторных коммуникаций, которые имеют разные правила прокладки и организации в зависимости от типа оборудования.
  4. Подведение внешнего контура к дому и соединение его с оборудованием.
  5. Сборка внутреннего контура.
  6. Проверка функционирования системы.
 
Статьи по теме:
Оконный кондиционер – что это такое, устройство, принцип работы, плюсы и минусы, функции
Оконный кондиционер в наше время – редкость, но встречаются квартиры и офисы, где не доверяют современным сплит-системам, отдавая предпочтение проверенным аппаратам для охлаждения воздуха. Плюсов, за которые любят такие агрегаты, множество.
Настенный газовый котел – особенности, плюсы и минусы, сравнение с напольными моделями
Настенный газовый котел – сравнительное небольшое оборудование, которое помогает решить задачи отопления и обеспечения горячей водой. Для получения максимального результата от эксплуатации важно правильно подобрать вид и установить устройство.
Бризер – что это такое, устройство, принцип работы, зачем нужен, плюсы и минусы, сравнение с рекуператором
Бризер – устройство приточной вентиляции воздуха, предназначенное для индивидуального использования. Его устанавливают как в частных домах, так и квартирах для поддержания безопасного для здоровья и чистого микроклимата.
Терморегулятор для теплого пола – что это такое, принцип работы, для чего используется, особенности разных видов
Терморегулятор для теплого пола – устройство, главной функцией которого является поддержка температуры на заданном уровне. Для максимально комфортной и эффективной работы системы без этого прибора не обойтись, важно знать, как его правильно выбрать.
 
 
Ошибка в тексте? Выделите ее и нажмите: Ctrl + Enter Система Orphus© Orphus
Вакансии | Рекламодателям | Контакты
Копирование информации разрешено только с прямой и индексируемой ссылкой на первоисточник