Тепловий насос- механічний пристрій, що дозволяє забезпечити перенесення тепла від ресурсу з низькою потенційною тепловою енергією (з низькою температурою) до опалювальної системи (теплоносію) з підвищеною температурою. Спробуємо пояснити це зрозумілішою мовою.
Йдуть у минулі часи, коли людина опалювала своє житло шляхом спалювання деревини в камінах чи печах. На зміну приходять багатофункціональні казани тривалого горіння. У регіонах, де доступний магістральний газ для опалення, застосовують ефективне газове обладнання. У місцях, не доступних для газових магістралей, все активніше використовується.
Людство розуміє, що спалювати невідновлювані джерела енергії справа не перспективна, ресурси поступово вичерпуються. Вчені не зупиняючись шукають нові способи видобутку теплової енергіїта розробляють сучасні механізми для реалізації поставлених завдань.
В одному з таких проектів було сконструйовано тепловий насос. Справді, як ібільшості генеруючих тепло агрегатів, функціонування теплового насоса неможливо без електричної енергії. Серйозною відмінністю є те, що електрика не задіяна в нагріванні, наприклад, ТЕНу, як в масляному радіаторі і не замикає спіраль в тепловій гарматі. У тепловому насосі немає нагрівальних елементів, він створює теплову енергію, тепловий насос служить лише переносником її з довкілля до споживача (теплоносія).
Електрика, що споживається тепловим насосом, витрачається лише на стиск холодоагенту та його перекачування забезпечуючи циркуляцію.Хладагент виступає як необхідна робочого середовища, саме він переміщає тепло з навколишнього середовища в опалювальну систему та систему гарячого водопостачання. Як підібрати тепловий насос, принцип його роботи, а також дізнатися про плюси та мінуси подібного обладнання нам допоможе цей огляд.
Тепловий насос для опалення
Традиційне опалення приватного будинку, як і раніше, залишається кращим, якщо в надлишку недорогі ресурси. Питання, що робити, коли доступність дешевих джерел обмежена? Альтернативним рішенням виступає тепловий насос – досвід експлуатації понад 40 років у країнах Євросоюзу, каже нам про те, що це може бути дуже ефективно.
У Російській Федерації тепловий насос не набув належного поширення. Причиною цього є два фактори. По-перше, у надлишку нафту, газ, деревина. По-друге, зупиняє висока ціна та відсутність популяризації. Відомості про теплові насоси, дуже мізерні, принцип їх роботи не зрозумілий, а про переваги інформації недостатньо.
У Європейському союзі ціни на паливо, що спалюється, настільки високі, що геотермальна система опалення показує вигоду в експлуатації. Наприклад до 95% домогосподарств у Швеції та Норвегії використовуютьтеплові насоси як основне джерело опалення. Міжнародне енергетичне агентство прогнозує, що теплові насоси до 2020 року почнуть забезпечувати 10% попиту енергії на опалення в країнах організації економічного співробітництва та розвитку, а до 2050 року цей показник досягне 30%.
Тепловий насос для опалення – принцип дії
Зі шкільного курсу фізики, згадуючи другий закон термодинаміки, достеменно відомо, що тепло від гарячого тіла передається холодному без будь-яких механізмів. Фокус у тому, як передати тепло у зворотному напрямку? Для цього нам знадобиться й низка дій, які забезпечують результат.
Саме ці дії нам і допоможе здійснити тепловий насос. Витрати електроенергії працювати теплового насоса пропорційно залежить від різниці значень температур між середовищами, що у цьому процесі.
Вам доводилося торкнутися чорної ґрати холодильника ззаду? Переконатись у тому, що задня стінка дуже гаряча може будь-хто. Направивши на чорні ґрати лазерний пірометр, видно, що її температура на поверхні становить близько 40°С. Таким чином, інженери обладнання, що хладогенерує, утилізують зсередини морозильної камери непотрібне тепло.
Відомо, що наприкінці сорокових років минулого століття винахідник Роберт Вебер звернув увагу на марне обігрів повітря радіатором холодильника. Винахідник подумав і приєднав до нього бойлер непрямого нагріву. В результаті Роберт забезпечив домочадців гарячою водою у необхідному обсязі. Саме тоді, ентузіаст і задумався, як “вивернути” холодильник на виворот і трансформувати охолодний пристрій у опалювальний прилад. Треба визнати, що в нього вийшло.
Як працює тепловий насос?
Принцип роботи теплового насоса ґрунтується на тому, що під землею у будь-яку пору року, опустившись нижче за позначку рівня промерзання, ми натрапимо на температуру вище нуля. Виходить, що непромерзаний земельний шар знаходиться прямо у нас під ногами. А що, якщо використовувати його як задню стінку морозильної камери?
Застосовуючи принцип роботи холодильного обладнання, Для перенесення тепла з підземелля в домашній простір використовується система труб, по яких здійснюється циркуляція холодоагенту. Хладони Фреона нагріваються підземним теплом і починають випаровуватися. Холодне повітря зовні його охолоджує, у результаті фреон конденсується.
Нагріваючи тепло чергуючи цикли випаровування та нагрівання тепловий насос змушує циркулювати холодоагент. Компресор створює тиск, змушуючи рухатися фреон трубками двох теплообмінників.
У першому тепловому обміннику фреон випаровується за низького тиску, під час якого відбувається поглинання тепла з атмосфери безпосереднього оточення. Потім той же холодоагент стискається компресором під високим тиском і переміщається у другу котушку, де конденсується. Потім він виділяє тепло, поглинене раніше у циклі.
Основну роль процесі грає підвищує компресор. Збільшуючи тиск, фреон конденсуючись видає більше жару, ніж отримав від теплої землі. Таким чином, ґрунтові плюсові значення + 7°С іперетворюється на комфортні домашні умови + 24°С.
Застосовуючи тепловий насос для опалення, маємо високу ефективність.
Хочеться зауважити, що вся конструкція не потребує спеціально виділеної лінії електропроводки. Споживана потужність можна порівняти з витратою енергії побутового електро чайника. Фокус у тому, що тепловий насос “добуває” теплової енергії вчетверо більше, ніж споживає електрику. На опалення котеджу в 300 м2, у лютий - 30 ° С мороз буде витрачено не більше 3 кВт.
Втім, власнику геотермального насоса доведеться помітно розщедритися на початку. Вартість обладнання та матеріалів на підключення становить не менше 4500 доларів. Додамо монтажні роботи та буріння, ще стільки ж, виходить, що найпростіша система обійдеться в 10 тисяч доларів.
Зрозуміло, що коштуватиме дешевше на порядок. Але платити щомісяця із розрахунку 1 кВт на 10 м2доведеться у будь-якому випадку. Ось і виходить, що на 300 кв. метрів будинку піде 30 кВт - у 10 разів більше, ніж буде витрачено на тепловий насос.
Розрахунки з опалення газом за допомогою газового котла, дають приблизно той самий порядок цифр - 2000 рублів на місяць, що можна порівняти з експлуатацією теплового насоса. На жаль, не всі проживають у газифікованому районі.
Тепловий насос, має незаперечну перевагу. Таку "морозильну камеру навпаки" в літній період можна "вивернути" на виворот і легким рухом руки - тепловий насос перетворюється на кондиціонер. На вулиці в спекотні дні +30 ° С, а в підземеллі панує прохолода. Використовуючи трубки, заповнені теплоносієм, насос перенесе холод підземелля в житло. Далі в роботу включається вентилятор, таким чином ми отримуємо ощадливу систему.
Практика експлуатації свідчить про терміни окупності від 3 до 7 років. Скандинавські країни давно визнали прибуток і опалюються цим методом. Яскравим прикладом може бути гігантський тепловий насос у Стокгольмі, геотермальне обладнання. Джерелом теплової енергії в зимовий період і прохолоди в літній час, служать води балтійського моря. Повною мірою до теплового насосу відноситься гасло: плати зараз - заощаджуй потім! Економія стає дедалі більше, тому що енергоносії дорожчають.
Тепловий насос. Щоправда про його ефективність.
На жаль, не все так райдужно з ефективністю на сьогоднішній день. Одним із головних питань, що мучать споживача залишається: купувати чи не купувати тепловий насос. Наша порада, ретельно зважуйте все за і проти, швидше за все варіант покупки звичайного за підсумками експлуатації обійдеться дешевше, а встановлення простіше.
Якщо розглядати тепловий насос як концепт майбутнього, як нову ідею генерації тепла - однозначно інженерна думка заслуговує на повагу. Геотермальне обладнання працює, його можна помацати руками, з кожним роком воно стає все більш ефективним. Однак, якщо ми порахуємо, скільки грошей ми витратимо на його роботу, додамо початкові витрати на купівлю та монтаж, то швидше за все отримаємо суму, що показує, що ми витратимо на нього набагато більше фінансів, ніж на будь-який інший вид теплогенеруючого пристрою.
Розглядаючи тепловий насос як економічну систему, коли витративши на його роботу 100 рублів, ви отримуєте теплову енергію на 300 рублів, не забувайте про те, що за право отримання надприбутку в 200 рублів, ви заплатили великі гроші. До речі, у тому ж Євросоюзі, продаж теплових насосів підтримується державними програмами.
Так, у Фінляндії щорічно продається понад 60 тисяч теплових насосів і кількість продажів зростає 5% темпами. Але по-перше, економічний ефект застосування такого обладнання там вищий через дорогу електроенергію. Вартість електроенергії у Фінляндії становить 35 євро центів, порівняно з Росією – 7 євро центів. По-друге, програма субсидування передбачає відшкодування на купівлю теплового насоса в розмірі 3 000 EURO.
До тих пір, поки існують низькі ціни на газ і електрику, впровадження теплового насоса як основного конкурента залишається завданням, що важко здійснити. Масове споживання стане можливим лише у разі кризової ситуації зі видобутком вуглеводнів або кризи з генерацією електроенергії.
Як правильно вибрати тепловий насос
Перший етап.
Розрахунок необхідного тепла для опалення будинку. Щоб підібрати тепловий насос (ТН), який входить до системи опалення будинку, важливо розрахувати потребу тепла. Точний розрахунок дозволить уникнути непотрібного перевитрати коштів, оскільки це веде до зайвих витрат.
Другий етап.
Яке джерело тепла вибрати для теплового насоса. Це рішення залежить від багатьох складових, основні з них:
- Фінансова складова. Сюди входить безпосередньо вартість самого обладнання, а також роботи зі встановлення геотермального зонда або укладання підземного теплового контуру. Це залежить від розташування самої ділянки, а також від найближчого оточення (водойми, будівлі, комунікації) та геології.
- Експлуатаційна складова. Основна частина витрат – це функціонування теплового насоса. Ця цифра залежить від режиму опалення вашої будівлі та від обраного джерела тепла.
Третій етап.
Аналіз вихідних даних для вибору теплового насоса:
- Бюджет на передбачувану систему.
- Опалювальна система: радіатори, повітряне опалення, тепла підлога.
- Площа ділянки, яку можна виділити для укладання теплового колектора.
- Чи можливе буріння на ділянці.
- Геологія ділянки визначення глибини закладення геотермального зонда у разі прийняття такого рішення.
- Чи потрібне кондиціювання повітря в літній період.
- Чи є повітряне опалення, чи передбачається у майбутньому.
- Капітальна вартість купівлі та монтажу ТН з усіма роботами (приблизна початкова оцінка).
Розберемо все по порядку
Бюджет на передбачувану систему
При створенні системи опалення на ТН є можливість влаштування контуру «повітря-вода». Капітальні вкладення будуть мінімальними, тому що не потрібно проведення дорогих земляних робіт. Але будуть високі витрати на етапі експлуатації даної системи опалення через низьку ефективність роботи.
Якщо ви хочете значно зменшити експлуатаційні витрати, то вам підійде установка геотермального насоса. Щоправда, потрібно провести земляні роботи для укладання теплового контуру. Також дана система дозволить отримувати пасивний холод.
Опалювальна система: радіатори, повітряне опалення, тепла підлога
Для збільшення ефективності системи ТН бажано зменшити різницю між температурою середовища, що нагрівається, і температурою джерела тепла.
Якщо ви ще не вибрали систему опалення, то рекомендується вибрати теплу підлогу, що дозволяє більш ефективно використовувати систему ТН.
Площа ділянки, яку можна виділити для укладання теплового колектора
Площа ділянки для встановлення колектора критична у разі неможливості буріння та встановлення геотермального зонда. Тоді вам доведеться здійснити горизонтальне укладання колектора, а це вимагатиме простору приблизно в 2 рази більше, ніж площа опалювального будинку. При цьому треба врахувати, що цю площу не можна використовувати під забудови, а лише у вигляді газону або газону, щоб не перекривати потоки сонячних променів.
Чи можливе буріння на ділянці
За можливості проведення буріння на ділянці (хороша геологія, можливість під'їзду, відсутність підземних комунікацій) найкращим рішенням буде встановлення геотермального зонда. Він забезпечує стабільне та довгострокове джерело тепла.
Геологія ділянки для визначення глибини закладення геотермального зонда у разі прийняття такого рішення
Після проведення розрахунку загальної глибини буріння необхідно вивчити план ділянки та встановити, яким чином забезпечити глибину буріння. Насправді глибина однієї свердловини зазвичай вбирається у 150 м.
Тому якщо, наприклад, розрахункова глибина буріння 360 м, то виходячи з особливостей ділянки її можна розбити на 4 свердловини по 90 м, або 3 по 120 м, або 6 по 60 м. Але треба врахувати, що між найближчими свердловинами відстань має бути не менше 6 м.
Вартість бурових робіт прямо пропорційна глибині буріння.
Чи потрібне кондиціювання повітря в літній період
Якщо влітку потрібен кондиціонер, то очевидний вибір ТН типу «вода-вода» або «грунт-вода», інші теплові насоси не готові ефективно та економічно виконувати функції кондиціювання.
Чи є повітряне опалення, чи передбачається у майбутньому
Можлива інтеграція ТН у єдину систему повітряного опалення. Це рішення дозволить уніфікувати інженерні мережі.
Капітальна вартість купівлі та монтажу теплового насоса з усіма роботами
Приблизна початкова оцінка капітальних витрат* на купівлю та монтаж залежить від типу теплового насоса:
ТН із підземним колектором:
Роботи - 2500 $
Експлуатаційні витрати – 350 $/рік
ТН із зондом:
Обладнання та матеріали - 4500 $
Роботи - 4500 $
Експлуатаційні витрати - 320 $/рік
Повітряний ТН:
Обладнання та матеріали - 6500$
Роботи - 400 $
Експлуатаційні витрати – 480 $/рік
ТН «вода-вода»:
Обладнання та матеріали - 4500 $
Роботи - 3500 $
Експлуатаційні витрати - 280 $/рік
* - Орієнтовні, середньоринкові ціни. Кінцева вартість залежить від обраного виробника обладнання, регіону робіт, вартості бурових робіт і умов майданчика і так далі. Примітка кошторисного відділу
Четвертий етап. Види роботи
Поодинокий. Тепловий насос є єдиним джерелом тепла, забезпечуючи 100% потребу у теплі. Працює для робочих температур не вище 55 °С.
Спарений. ТН і котел працюють спільно, що дозволяє за допомогою котла отримувати вищі робочі температури.
Моноенергетичний. ТН та електрокотел утворюють енергосистему тільки з одним зовнішнім джерелом енергії. Це дозволяє плавно регулювати електроспоживання, але збільшує навантаження на вступний автомат.
Вибір теплового насосу
Після збору всіх вихідних даних та опрацювання основних технічних рішень можна вибрати відповідний тип ТН. Комплектація та вибір постачальника обладнання буде залежати від фінансових можливостей. Головне, підійти до вибору системи із повним розумінням того, чого ви хочете. Ми допоможемо вам вибрати та реалізувати комфортну систему опалення. У ній можна врахувати всі аспекти: від кліматорегулюючої функції до розподілу тепла по зонах будинку.
Висновок
Зупинивши свій вибір на екологічній системі опалення із тепловим насосом, можна бути впевненим у завтрашньому дні. Ви отримуєте повну незалежність від теплопостачальних організацій, світових цін на нафту та політичної ситуації в країні. Єдине, що вам знадобиться, це електроенергія. Але згодом і отримання електроенергії можна перевести на абсолютну автономність за допомогою вітряка.
Сам тепловий насос є оригінальною станцією. Її завдання забирати енергію із навколишнього середовища. Надалі подібна техніка перетворює отримане тепло і може використовуватись для забезпечення комфорту в будинку. Іноді подібний насос працює як «клімат контроль», він може дарувати тепло або охолоджувати будинок. Крім того, активно використовується пристрій для забезпечення гарячої води. Розглянемо докладніше, що таке тепловий насос для опалення будинку, ціни, його види та як він застосовується.
Читайте у статті:
Що являють собою теплові насоси для опалення будинку: принцип роботи
Тепловий насос є економічним опалювальним пристроєм. Для його роботи не потрібне паливо і практично не потрібна енергія. Все тепло, яке надалі робить будинок максимально затишним, приходить із довкілля.
Примітка!Це раціональне рішення, яке дозволяє значно скоротити кошти у опалювальний сезон.
Подібні насоси можна сміливо використовувати, це цілком екологічна та безпечна техніка.
Принцип дії приладу
Завдяки холодоагенту ця система і функціонує. Він накопичує теплоту і згодом віддає її у разі потреби.
Працює принцип перенесення енергії, аналогічний метод можна спостерігати у будь-якому звичайному холодильнику. Однак у разі акумулюється не холод, а тепло. Це чудова можливість забезпечувати в будинку комфортну температуру з мінімальною кількістю ресурсів, адже не потрібно використовувати паливо.
Перевага ТН
Сучасна техніка має безліч переважних особливостей, включаючи рентабельність використання:
| Переваги | Опис |
|---|---|
 Ефективність | Для роботи теплового насоса необхідно використовувати електроенергію. Однак у результаті вона під час перетворення на теплову енергію збільшується в 2,5-5 разів. Це дозволяє за умови економічного споживання забезпечити максимальну кількість тепла. |
 Автономність | Система працює без будь-яких додаткових комунікацій. Достатньо правильно встановити ТН. Використовується тільки електроенергія. Її можна отримувати із генератора, якщо немає центральних мереж. |
 Універсальність | Подібна техніка використовується не тільки для опалення приватних будинків, а й для громадських місць. Насос актуальний навіть у промисловості, якщо йдеться про досить великі об'єкти. |
 Екологічність | Робота подібної системи опалення зовсім не шкодить природі |
 Довговічність | Подібний пристрій працює кілька десятків років. Термін експлуатації визначено у 50 років, а потім можна буде зробити капітальний ремонт та продовжувати використовувати насос. |
 Безпека | Часто система опалення у приватних будинках справді дуже небезпечна. Це залежить від того, що використовують горючі речовини. Це може бути газ, паливо, вугілля. При використанні насоса немає додаткових горючих речовин, крім того, він не нагрівається до занадто високих температур, не може виникнути пожежа. |
 Комфортне використання | Насос працює безшумно, забезпечує певний рівень тепла і вологості в будинку, завдяки чому в приміщеннях завжди буде комфортно знаходитися. Більше того, є можливість дистанційного керування, якщо потрібно відрегулювати температуру. |
Примітка!Подібні позитивні характеристики дозволяють сміливо назвати саме тепловий насос найсучаснішим способом опалення.
Види ТН
Насоси можуть бути різноманітними залежно від того, як саме вони забирають тепло. Джерела можуть бути різними і назва відповідає тому, звідки техніка забирає тепло.
Теплові насоси поділяються на:
- Геотермальні.
- Повітряні.
- Вторинне тепло.
Геотермальна модель
Цей варіант насоса використовує довкілля. Зокрема це земля та вода. Можуть використовуватись різні води, як підземні, так і наземні. Є вертикальні та горизонтальні конструкції.
Під них спеціально у ґрунті викопується певна канава. Вона має бути нижчою, ніж глибина промерзання грунту. Зазвичай достатньо піти вниз на 1,2 метри. Зазвичай, якщо є місце для копання такої траншеї, то вибирають саме горизонтальну конструкцію.
Вертикальна модель підходить для компактніших ділянок. Тут знадобиться не так багато місця. Крім того, навіть власники великих ділянок можуть відмовитися від копання канави через порушення ландшафтного дизайну. Коли поруч знаходиться водоймище, то ТН встановлюють саме в ньому, це стосується річок та озер.
Подібне рішення найменш витратне, проте, воно підходить лише для будинків поряд із водоймою. Потрібно буде враховувати багато деталей щодо самої водойми.
Всі насоси додатково поділяються на відкритий та закритий тип. Основна відмінність у тому, що в першому випадку вода повертається знову в землю або водоймище, після того як закінчується цикл.
Геотермальні теплові насоси для опалення будинку, ціни на підключення:
- сама техніка - ≈ 7500 $;
- установка системи - ≈ 7500 $;
- різноманітні витрати для забезпечення тепла - ≈ 500 $ на рік.
Тепловий насос для опалення будинку ціна на горизонтальний колектор:
- сама техніка - ≈ 7500 $;
- установка системи - ≈ 3700 $;
- різноманітні витрати для забезпечення тепла - ≈ 560 $ на рік.
Повітряна система
Дія цієї техніки найпростіше порівняти зі звичайним кондиціонером. Однак повітряний насос обов'язково має бути на порядок потужнішим. Це зумовлено необхідністю великої різниці температур між будинком та вулицею.
Простий кондиціонер не допускає такого обігріву, а в подібній ситуації варто відзначити, що насос допомагає повністю прибрати радіатори. Старі батареї тепер повністю утилізуються.
Думка експерта
Інженер-проектувальник ОВіК (опалення, вентиляція та кондиціювання) ТОВ "АСП Північний Захід"
Запитати у фахівцяЄ істотний недолік, що при температурі на вулиці -15 ° С, подібному насосу складно справлятися зі своїми обов'язками. Доводиться забирати багато тепла із навколишнього середовища для нормального перетворення. Але найчастіше вже при -5 ° С це обладнання перестає ефективно працювати.
Вторинне тепло
Ці насосні станції активно використовуються в тому випадку, коли вже є в будинку джерело тепла та трубопровід центрального опалення.
Порада!Однак для приватного будинку цього може бути не раціонально, адже доведеться підтримувати роботу двох систем.
У свою чергу, в промисловості завжди не вистачає простого центрального опалення, насос легко може доповнити його і забезпечити необхідною кількістю тепла навіть велике підприємство.
Є кілька видів насосів із цієї категорії:
- Повітря-повітря.
- Повітря-вода.
- Земля-вода.
- Тепловий насос для опалення будинку вода-вода, як і планується перетворення тепла.
Робота теплового насоса повітря-повітря ціна на обладнання та встановлення
У цьому випадку насос накопичує енергію просто з повітря. Одна частина техніки монтується зовні будівлі. Надалі холодоагент передає енергію в конденсатор.
Остання частина встановлюється вже усередині приміщення. З виходить тепле прогріте повітря, воно дозволяє зробити кімнату комфортною.
Примітка!На жаль, подібний варіант не підходить для зими, коли особливо потрібне опалення. Коли повітря дуже холодне, навіть сучасна техніка не може його перетворити.
Вартість системи повітря-повітря:
- сама техніка - ≈ 10 000 $;
- установка системи - ≈ 620 $;
- різноманітні витрати для забезпечення тепла - ≈ 750 $ на рік.
Деяким майстрам вдалося спорудити тепловий насос для опалення будинку своїми руками із холодильника.
Щоправда, не потужний агрегат, він позиціонується з нагрівальним приладом повітря-повітря і може використовуватись для обігріву невеликого приміщення чи теплиці.
ТН вода-вода
Активно використовується подібна техніка в тих місцях, де є водоймища. Це можуть бути природні або штучні джерела. На певній глибині водоймища навіть взимку зберігають деяку кількість тепла. Саме тому вдається забирати енергію та перетворювати її при розташуванні на певній глибині.
Зверніть увагу!Важливою умовою стає той варіант, що насос має бути встановлений над стоячою, а проточної воді.
Тепловий насос такого типу дуже легко встановлювати. Він має чудові технічні характеристики. Цю модель активно використовують.
Система водо-вода теплового насоса, ціна під ключ:
- сама техніка - ≈ 7500 $;
- установка системи - ≈ 5 000 $;
- різноманітні витрати для забезпечення тепла - ≈ 450 $ на рік.
Порада!Якщо ж немає поруч водоймища, то можна розташувати агрегат у тому місці, де проходить у ґрунтових ґрунтах велика кількість води.
Система повітря вода
Подібний агрегат активно використовується для різних цілей. Він може експлуатувати при температурі до -15 градусів, але цього буде недостатньо для того, щоб забезпечити всередині будинку комфортну температуру.
Стаття
Тепловий насос є парокомпресійною установкою, яка переносить тепло від холодних, низькопотенційних джерел тепла до гарячих, високопотенційних. Тепло передається за рахунок конденсації та випаровування холодоагенту, в якості якого найчастіше використовується фреон, що циркулює по замкнутому контуру. Електроенергія, від якої працює тепловий насос, витрачається лише на цю примусову циркуляцію.Принцип роботи теплового насоса заснований на так званому циклі Карно, який чудово знайомий вам з роботи холодильних установок. Насправді побутовий холодильник, що стоїть на вашій кухні, також є тепловим насосом. Коли ви поміщаєте в нього продукти, нехай навіть холодні, але температура яких все-таки вище, ніж температура в камері холодильника, за законом збереження енергії тепло, що виділяється ними, нікуди не дівається. Оскільки температура всередині підвищуватися не повинна, тепло виводиться назовні через радіаторні грати, нагріваючи повітря в кухні. Чим більше продуктів ви помістите одночасно в холодильник, тим більшою буде тепловіддача.
Найпростішим варіантом теплового насоса стане відкритий холодильник, що знаходиться на вулиці, радіатор якого знаходиться в кімнаті. Але нехай холодильник виконує свої прямі обов'язки, адже вже існують спеціальні пристрої - теплові насоси, що мають ККД набагато вище. Принцип їхньої дії досить простий.
Як працює тепловий насос
Будь-який теплонасос складається з випарника, конденсатора, розширювача, що знижує тиск, та компресора, який тиск підвищує. Всі ці пристрої з'єднані один замкнутий контур трубопроводом. По трубах циркулює холодоагент, інертний газ з дуже низькою температурою кипіння, тому в одній частині контуру, холодної, він є рідиною, а в другій, теплою, він переходить у газоподібний стан. Точка кипіння, як відомо з фізики, може змінюватись в залежності від тиску, ось у цій системі розширювач та компресор.Припустимо, що зовні теплоносій циркулює трубами, покладеними в землі, оскільки він має низьку температуру, то проходячи по них, він нагрівається, навіть коли зовнішня температура становить всього близько 4-5оС. Вступаючи у випарник, який виконує функцію теплообмінника, теплоносій віддає отримане тепло у внутрішній контур системи, який заповнений холодоагентом. Навіть цього тепла достатньо, щоб холодоагент перейшов із рідкого в газоподібний стан.
Рухаючись далі, газ переміщається в компресор, де під впливом високого тиску стискається, яке температура у своїй підвищується. Ставши гарячим, газ надходить у конденсатор, який також є теплообмінником. У ньому відбувається передача тепла від гарячого газу до теплоносія зворотного трубопроводу, що входить до системи опалення будинку. Віддавши тепло, газ охолоджується і знову переходить у рідкий стан, тоді як нагрітий теплоносій надходить у систему гарячого водопостачання та опалення. Проходячи через редукційний клапан розширювача, скраплений газ знову потрапляє у випарник – цикл замикається.
У холодну пору року теплові насоси працюють на обігрів будинку, а в спеку – на його охолодження. У цьому випадку принцип роботи той самий, тільки влітку тепло в теплоносій надходить із внутрішніх приміщень, а не зовні.
Конструктивні особливості теплових насосів
В даний час використовуються теплові насоси, що мають різні конструкції. Так, насос із відкритим циклом застосовують, коли будинок розташований поруч із водоймою. У цьому випадку теплоносій, вода, що надходить у відкритий контур, проходить весь цикл і, охолоджуючись, знову зливається у водойму.Геотермальні насоси закритого типу прокачують теплоносій - повітря або воду, трубами, закладеними глибоко в землю і прокладеними по дну водойми. Закритий цикл в екологічному плані вважається безпечнішим. До закритого типу відносяться насоси з вертикальним та горизонтальним теплообмінником, які використовуються, коли поблизу немає водойм. Вертикальні теплові насоси застосовуються, коли площа земельної ділянки, де розташований будинок, невелика. Іноді вертикальні насоси встановлюють у пробурених поблизу свердловинах.
У комплекс робіт із встановлення теплового насоса входить проведення внутрішніх електромонтажних робіт, прокладання зовнішнього трубопроводу та внутрішніх повітроводів.
Переваги використання теплових насосів
Економічна від використання теплових насосів очевидна – їхня експлуатація досить дешево обходиться, оскільки електроенергії витрачається трохи більше, ніж при роботі холодильника. Ціна обладнання також невисока, так само, як і вартість монтажу та встановлення. Використання теплового насоса дозволяє позбутися турбот про придбання та зберігання паливних ресурсів, встановлення та експлуатації опалювального обладнання, у вас в будинку звільняються додаткові приміщення, в яких раніше розташовувалася котельня.Теплові насоси стають все більш популярними. За допомогою цих пристроїв можна опалювати (охолоджувати) будинки та організовувати гаряче водопостачання, значно заощаджуючи.
Людям, далеким від фізики, досить складно зрозуміти принцип дії теплових насосів, у зв'язку з чим в інтернетах мусується безліч помилок, якими користуються несумлінні виробники та продавці. У цій статті ми спробуємо у доступній формі пояснити принцип дії та розвіяти деякі міфи, якими встиг обрости цей чудовий агрегат.
Плюси
Зі шкільної лави нам відомо, що в звичайних умовах холодніша речовина не може віддавати своє тепло гарячішому, а навпаки, вона нагрівається від неї доти, доки їх температури не зрівняються. Це свята правда. Але тепловий насос створює такі умови, що холодніше середовище починає віддавати своє тепло теплішим, охолоджуючись при цьому ще більше.
Найпростіший заїжджений приклад теплового насоса – холодильник. У ньому тепло викачується з холоднішої камери в тепліше приміщення кухні. Морозильна камера при цьому ще більше охолоджується, а кухня ще більше нагрівається від радіатора, розташованого на задній панелі холодильника.
Принцип роботи більшості теплових насосів ґрунтується на властивостях проміжних теплоносіїв (газів, найчастіше фреонів), які використовуються у цих машинах. Саме фреони і є тим посередником, який дозволяє забирати тепло у холоднішого тіла, віддаючи його гарячішому.
Напевно, ви помічали, що якщо швидко випускати стислий газ з балончика для заправки запальничок, то він, випаровуючись, охолоджує балончик, який навіть у спеку може покритися інеєм. Справедливе й протилежне: при стисканні газ нагрівається. Пам'ятаючи про це, вам буде неважко зрозуміти принцип дії теплового насоса, найпростіша схема якого зображена малюнку.
Компоненти теплового насосу
Найпростіший тепловий насос складається з чотирьох найважливіших вузлів:
- випарник;
- конденсатор;
- компресор;
- капіляр.
Компресор стискає фреон до рідкого стану в конденсаторі, який нагрівається. Саме це тепло можна використовувати в опаленні або гарячому водопостачанні, організувавши найпростіший теплообмін між гарячим конденсатором і більш холодним приміщенням або бойлером.
Проходячи через конденсатор, зріджений фреон охолоджується, віддавши тепло при теплообміні в радіатори опалення або труб теплої підлоги, і починає конденсуватися. Проходячи через капіляр у випарник, фреон знову стає газоподібним, охолоджуючи при цьому випарник (пам'ятаєте іній на балончику?).
Щоб процес не припинявся, потрібно постійно підводити тепло до випарника, інакше фреон там просто перестане випаровуватись, адже температура випарника при постійній роботі компресора може сильно опуститися. Навіть температури мінус тридцять, що підводиться до випарника, може бути достатньо для підтримки випаровування, адже температура випаровування газів, що використовуються в теплових насосах, набагато нижче цього значення.
Припустимо, температура випаровування фреону дорівнює мінус шістдесят градусів за Цельсієм, а ми обдуємо випарник морозним вуличним повітрям, з температурою в мінус тридцять — фреон, природно, випаровуватиметься, забираючи тепло навіть у такого холодного повітря. Таким чином і виходить, що тепловий насос як би перекачує температуру з холоднішого середовища в теплішу.
На що дивитись при покупці?
Такий ефект породжує безліч міфів, якими користуються недобросовісні продані, щоб краще продавати свою продукцію.
Найпоширеніший міф - це твердження, що ККД теплових насосів перевищує одиницю. Зрозуміло, що це твердження — чисте марення. Насправді ККД теплових машин не може бути більше одиниці, і навіть у сучасних теплових насосів він досить малий — менше, ніж у найдешевшого масляного обігрівача. Люди просто часто плутають ККД та так званий COP (КОП).
КОП це швидше економічний коефіцієнт, ніж фізичний. Він показує співвідношення платної електроенергії для перекачування безкоштовного тепла з вулиці до величини тепла, що надходить до приміщення. Тобто. КОП 5 - це спрощено означає, що для перекачування 5кВт халявного тепла з вулиці в будинок ми витратили 1кВт платної електроенергії. Просто КОП не зважає на безкоштовну теплову енергію з вулиці, а вважає лише ту, яку отримали в результаті і що для цього витратили.
Інший міф теж пов'язаний з КОП: у паспортах теплових насосів і на цінниках у продавців гордо вказується одна-єдина величина КОП, яка просто вводить покупців в оману. Справа в тому, що КОП теплових насосів – величина змінна, а не постійна. І багато несумлінних ділків про це замовчують, тому що вказують КОП для найсприятливіших умов, коли він чи не максимальний. І це набагато небезпечніше, ніж помилки про надодиничність ККД, т.к. загрожує реальними наслідками.
Уявіть, що ви повірили, що витрачатимете 1 кВт електроенергії на виробництво 5 кВт тепла для того ж опалення взимку, тому що в паспорті теплового насоса зазначено, що COP=5. Купили необхідної потужності тепловий насос, зібрали систему опалення ... А в самий невідповідний момент, коли морози найлютіші, ваш обігрівач жере не 1 до 5, а 1 до 2 в найкращому випадку, або взагалі не в змозі видати необхідне тепло для обігріву. І тут приходить розуміння, що опалюватись саме цією системою можна лише в міжсезоння ... Дуже неприємна ситуація - віддати купу грошей і все одно в морози опалюватися дешевими масляними радіаторами, і тільки через те, що сподівалися на КОП і стабільну, незнижувану вироблення тепла.
Багато учасників нашого порталу давно користуються тепловими насосами і вважають їх найкращим способом опалення. Тепловий насос досі залишається дорогим пристроєм і термін окупності у нього великий. Але є вдалі досліди самостійного виготовлення теплових насосів: це дозволяє уникнути якихось нереальних витрат.
- Принцип роботи теплового насосу
- Як зробити тепловий насос своїми руками
- Чи вигідно робити тепловий насос
Принцип роботи теплового насосу
Пояснюючи принцип дії теплового насоса, люди часто згадують холодильник, де в радіаторі на задній стінці скидається тепло, «зняте» з продуктів у камері.
Saga Учасник FORUMHOUSE
Принцип роботи теплового насоса як холодильника: грати на його зворотному боці гріється, морозилка - охолоджується. Якщо ми подовжимо трубки з фреоном і опустимо їх у ванну, то вода в ній охолоджуватиметься, а грати холодильника - нагріватися; холодильник перекачуватиме тепло з ванни та грітиме приміщення.
За цим принципом працюють і кондиціонери, і теплові насоси. Робота приладів ґрунтується на циклі Карно.
Теплоносій рухається ґрунтом або водою, в процесі «знімаючи» тепло і підвищуючи свою температуру на кілька градусів. У теплообміннику теплоносій віддає накопичене тепло холодоагенту, той стає парою, надходить у компресор, де піднімається його температура. У цьому виді він поставляється в конденсатор, віддає тепло теплоносія ОС будинку, і охолодившись, знову перетворюється на рідину і надходить у випарник, де нагрівається від нової порції нагрітого теплоносія. Цикл повторюється.
Хоча тепловий насос не працюватиме без електрики, це вигідне пристрій, оскільки тепла він видає у 3-7 разів більше, ніж витрачає електроенергії.
Ми розберемо це на конкретному прикладі користувача, який зробив тепловий насос своїми руками.
Теплові насоси працюють на енергії природних джерел тіла:
- ґрунту;
- води;
- повітря.
Збирати тепло з ґрунту (нижче за глибину промерзання його температура завжди близько +5 - +7 градусів), можна двома способами:
- горизонтальний ґрунтовий колектор
- покладені горизонтально різними способами труби.
По трубах тече «розсіл» - на FORUMHOUSE часто використовують пропіленгліколь, який забирає тепло землі, передає його холодоагенту, і остигнув знову відправляється в ґрунтовий колектор.
