Тепловой насос воздух-воздух — как работает и для чего нужен

Устройство и принцип работы теплового насоса грунт-воздух

Насосы этого типа получают тепло из грунта. Они имеют простую конструкцию, которая включает всего несколько элементов:

• Контур отбора – замкнутая система трубок, где циркулирует рабочая жидкость.
• Испаритель – закрытая емкость сложной формы, заполненная хладагентом.
• Компрессор – устройство, обеспечивающее сжатие и перемещение газа.
• Конденсатор – герметичный бак, где располагается теплообменник.

В геотермальных насосах используется принцип уравновешивания температур между средами. Процесс предельно прост и происходит в несколько этапов:

1. Контур отбора помещается ниже границы промерзания грунта. Там всегда сохраняется плюсовая температура. Рабочая жидкость нагревается до +5оС и попадает в приемник. Он соединяется с испарителем.
2. Рабочая жидкость отдает полученное из земли тепло. Под его действием фреон в испарителе закипает и превращается в газ. Потом хладагент поступает в компрессор.
3. Под давлением газ нагревается до +65 оС и впрыскивается в конденсатор. Там фреон снова превращается в жидкость, нагретую до высокой температуры.
4. Конденсатор соприкасается с теплоносителем водяного отопления. Через его стенки идет теплообмен. Вода нагревается и отапливает помещение.

Принцип действия тепловых насосов

Принцип работы устройства для обогрева дома основан на том, что вещество (холодильный агент) может отдавать тепловую энергию либо забирать ее в процессе смены состояния. Эта идея заложена в основу функционирования холодильника (из-за этого задняя стенка прибора горячая).

Термонасос для отопления функционирует следующим образом:

1. Поступающий агент охлаждается на 5 градусов в испарительном отделе на основании энергии от носителя тепла.
2. Охлажденный агент поступает в компрессор, который в результате работы сжимает и нагревает его.
3. Уже горячий газ попадает в отсек для теплообмена, в котором он отдает собственное тепло отопительной системе.
4. Сконденсированный хладагент возвращается к старту цикла.

Устройство

Тепловой насос для отопления дома состоит из нескольких основных контурных элементов:

• контур с теплоносителем, который перемещает энергию от теплоисточника;
• контур с фреоном, который периодически испаряется, забирая тепловую энергию с первого контура, и снова оседает конденсатом, передавая тепло третьему;
• контур, где циркулирует жидкость, являющаяся переносчиком тепла для отопления.

Эксплуатация термо насоса для отопления дома является выгодной с финансовой точки зрения. Причина этого в том, что устройство не требует высокой мощности (соответственно, расход электричества не больше, чем у стандартного бытового прибора), однако при этом производится в 4 раза больше тепла по сравнению с потребляемой электроэнергии.

Также не требуется создавать отдельную линию проводки для подключения насоса.  

Плюсы и минусы

Перед принятием решения, использовать тепловой насос или нет, следует ознакомиться с достоинствами и недостатками его работы. К главным плюсам теплового насоса относится:

• небольшой расход электричества на отопление дома;
• отсутствие необходимости регулярного осмотра и технического обслуживания, что делает затраты на эксплуатацию теплового насоса для отопления минимальными;
• допускается монтаж в любой местности. Насос может работать с такими источниками тепловой энергии, как воздух, почва и вода. Поэтому появляется возможность его установки практически в любое место, где планируется строительство дома. А в условиях отдаленности от газовой магистрали, устройство является самым подходящим методом обогрева. Даже если отсутствует электричество, функционирование компрессора можно обеспечить при помощи привода на основе бензина или дизеля;
• отопление дома осуществляется в автоматическом режиме. Не требуется добавлять топливо или проводить иные манипуляции, как, например, в случае с котельным оборудованием;
• отсутствие загрязнения окружающей среды вредными газами и веществами. Все применяемые холодильные агенты полностью безопасны и экологически пригодны;
• пожаробезопасность. Жителям дома никогда не будет угрожать взрыв или повреждение вследствие перегрева теплового насоса;
• возможность эксплуатации даже при условиях холодной зимы (до -15 градусов);
• качественный тепловой насос для отопления дома может служить до 50 лет. Замена компрессора требуется лишь раз в 20 лет.

Тепловой Насос ВЫГОДЕН или НЕТ?.. Кому не Стоит Покупать Тепловой Насос? (РАЗБОР)

Смотрите это видео на YouTube

Плюсы и минусы

Как и любое устройство, тепловые насосы имеют определенные недостатки:

1. Если температура окружающей среды опускается ниже 15 градусов, то насос работать не сможет. В таком случае потребуется монтаж второго теплоисточника. При очень низких температурных значениях включается котел, генератор или электрический обогреватель;
2. Высокая стоимость оборудования. Оно будет стоить примерно 350 000-700 000 рублей, еще такую же сумму придется потратить на создание геотермальной станции и установку устройства. Дополнительные монтажные работы не требуются только для теплового насоса, использующего воздух в качестве теплового источника;
3. Лучше всего устанавливать тепловой насос в сочетании с теплым полом или вентиляторными конвекторами, однако в старых зданиях потребуется перепланировка и возможно даже капитальный ремонт, что повлечет дополнительные затраты времени и средств. Если частный дом строится с нуля, такая проблема отсутствует;
4. При работе теплового насоса температура грунта, расположенного вокруг трубопровода с теплоносителем, снижается. Это становится причиной гибели некоторых микроорганизмов, участвующих в функционировании окружающей среды. Таким образом, некоторый ущерб экологии все же наносится, однако он существенно меньше урона от газо- или нефтедобычи.

Геотермальное отопление – высокая эффективность и экономичность

Геотермальное отопление – это современные отопительные системы, которые появились на рынке относительно недавно. Новые технологические разработки позволили эффективно эксплуатировать энергопотенциал земли даже частным домовладениям. Особенность такого способа отопления в том, что за счет специальных тепловых насосов используется энергия недр земли. То есть, для отопления энергия берется буквально из-под ног. Эффективность такого способа отопления объясняется тем, что объем аккумулируемой грунтом энергии солнца составляет почти 98%.

Основными преимуществами такого вида отопления являются:

• Высокий коэффициент полезного действия (передают примерно в 3 раза больше тепловой энергии, чем другие системы);
• Для обустройства такой системы не требуются никакие разрешительные документы, так как энергия недр земли абсолютно бесплатная и не облагается налогами;
• Существенная денежная экономия (работают от электричества, но потребляют на 80% меньше электроэнергии, чем обычные обогревательные приборы);
• Быстрая окупаемость;
• Надежность и долговечность оборудования;
• Автономность работы и отсутствие необходимости постоянного обслуживания;
• Возможность удаленного управления системой с помощью телефона или компьютера.

На сегодняшний день тепловые насосы являются одним из наиболее энергоэффективных способов отопления. При высоком КПД такого отопления соотношение затраченной электрической энергии и полученной тепловой составляет 1 к 5. То есть, при затраченном 1 кВт электроэнергии получается 5 кВт тепловой энергии.

Единственный недостаток, из-за которого многие люди отказываются от геотермального отопления, – это высокая стоимость оборудования и его установки. Но нужно отметить, что это только первоначальные вложения. Результатом же установки теплового насоса является безопасное, экологичное и практически бесплатное отопление. А это в свою очередь существенно увеличивает стоимость недвижимости. О геотермальном отоплении можно узнать больше на сайте.

Работа системы отопления от такого насоса

Принцип работы самой установки был описан выше. В результате ее происходит нагрев теплоносителя во втором контуре теплообменника, который и будет служить в дальнейшем источником тепла для обогрева здания или отдельных помещений.

Классическим вариантом распределения нагретого теплоносителя является соединение теплообменника двумя отдельными линиями к распределительной гребенке и водонагревательному бойлеру. К гребенке в свою очередь подключаются отопительные приборы, теплые полы и другое оборудование. Такое распределение необходимо из-за различных режимов работы систем горячего водоснабжения и отопления.

Линейка тепловых насосов воздух-вода определяет мощности установок от 2 до 120 кВт, что позволяет выбрать оборудование для отопления и горячего водоснабжения жилого дома любой площади.

Режим подачи холодного воздуха

Конструкция тепловых насосов позволяет не только обогревать дом зимой, но и обеспечить подачу охлажденного воздуха в жаркие дни летом. Для этого циркуляция хладагента запускается по обратному циклу. Однако, охлаждение отопительных приборов не обеспечит необходимый эффект поскольку опускающийся вниз холодный воздух не сможет создать комфортных условий по всему объему помещения. Поэтому для того чтобы использовать установку воздух-вода для кондиционирования потребуется наличие обдуваемого вентилятором конвектора.

Кроме этого в циркуляционный контур дополнительно устанавливают 4-ходовой клапан, второй дроссельный клапан и 2 линии труб. При переключении клапана закрывается линия в направлении «зимнего» дросселя и открывается в сторону «летнего», и охлажденный теплоноситель подается на конвектор. Подогрев горячей воды так же будет отключен.

Стоимость такого усовершенствования с учетом дополнительного оборудования, материалов и работ может быть вполне сравнима со стоимостью кондиционера. Поэтому в большинстве случаев будет вполне разумным отказаться от эксплуатации в сплит-режиме, а просто купить климатическую установку.

Что такое тепловой насос для отопления частного дома? Как работает?

Специальное устройство, которое способно извлекать тепло из окружающей среды называется тепловой насос.

Применяются такие приборы в качестве основного или дополнительного метода обогрева помещений. Некоторые устройства также работают на пассивное охлаждение здания — при этом насос применяется как для летнего охлаждения, так и для зимнего обогрева.

В качестве топлива используется энергия окружающей среды. Такой обогреватель извлекает тепло из воздуха, воды, грунтовых вод и так далее, поэтому это устройство относят к классу возобновляемых источников энергии.

Важно! Для работы таких насосов требуется подключение к электросети. В состав всех тепловых аппаратов входит испаритель, компрессор, конденсатор и расширительный клапан. В зависимости от источника тепла различают водяные, воздушные и другие устройства

Принцип действия очень похож на принцип работы холодильника (только холодильник выбрасывает горячий воздух, а насос поглощает тепло)

В зависимости от источника тепла различают водяные, воздушные и другие устройства. Принцип действия очень похож на принцип работы холодильника (только холодильник выбрасывает горячий воздух, а насос поглощает тепло)

В состав всех тепловых аппаратов входит испаритель, компрессор, конденсатор и расширительный клапан. В зависимости от источника тепла различают водяные, воздушные и другие устройства. Принцип действия очень похож на принцип работы холодильника (только холодильник выбрасывает горячий воздух, а насос поглощает тепло).

Большинство приспособлений работают как при положительных, так и при отрицательных температурах, однако КПД устройства напрямую зависит от внешних условий (т. е. чем выше температура окружающей среды, тем мощнее будет устройство). В общем случае прибор работает следующий образом:

1. Тепловой насос вступает в контакт с окружающими условиями. Обычно аппарат извлекает тепло из земли, воздуха или воды (в зависимости от типа устройства).
2. Внутри прибора установлен специальный испаритель, который заполнен хладагентом.
3. При контакте с внешней средой хладагент закипает и испаряется.
4. После этого хладагент в виде пара поступает в компрессор.
5. Там он сжимается — благодаря этому серьёзно повышается его температура.
6. После этого разогретый газ поступает в систему отопления, что приводит к нагреванию основного теплоносителя, который и используется для отопления помещений.
7. Хладагент понемногу охлаждается. В конце он превращается обратно в жидкость.
8. Потом жидкий хладагент поступает в специальный клапан, который серьёзно понижает его температуру.
9. В конце хладагент вновь попадает в испаритель, после чего цикл нагрева повторяется.

Фото 1. Принцип работы теплового насоса типа грунт-вода. Синим цветом показан холодный теплоноситель, красным — горячий.

Преимущества:

• Экологичность. Такие устройства относятся к возобновляемым источникам энергии, которые не загрязняют атмосферу своими выбросами (тогда как в случае использования природного газа образуются вредные парниковые испарения, а для производства электроэнергии часто применяется сжигание угля, из-за чего также загрязняется воздух).
• Хорошая альтернатива газу. Тепловой насос идеально подойдёт для отопления помещений в случаях, когда использование газа затруднительно по тем или иным причинам (например, когда дом находится вдали ото всех основных инженерных сетей). Насос также выгодно отличается от газового отопления тем, что для установки такого прибора не требуется получать государственное разрешение (но при бурении глубокой скважины его все же придётся получить).
• Недорогой дополнительный источник тепла. Насос идеально подойдёт в качестве дешёвого вспомогательного источника питания (оптимальный вариант — применение газа зимой и насоса — весной и осенью).

Недостатки:

1. Тепловые ограничения в случае использования водяных насосов. Все тепловые аппараты хорошо функционируют при положительных температурах, тогда как в случае работы при отрицательных температурах многие насосы перестают работать. В основном это связано с тем, что при этом вода замерзает, что делает невозможным её применение как источника тепла.
2. Могут появиться проблемы с устройствами, которые в качестве тепла используют воду. Если для нагрева применяется вода, то потребуется найти её стабильный источник. Чаще всего для этого следует пробурить скважину, благодаря чему расходы на монтаж устройства могут возрасти.

Внимание! Насосы обычно стоят в 5—10 раз дороже газового котла, следовательно использование таких приборов в целях экономии в ряде случаев может быть нецелесообразно (чтобы насос окупился, потребуется подождать несколько лет)

Монтаж теплового насоса

Метод установки прибора зависит от типа и модели устройства, а также от особенностей местности. Давайте рассмотрим пример монтажа простейшего теплового насоса класса земля-вода:

Сначала проводятся подготовительные работы. На данном этапе происходит замер уровня залегания грунтовых вод, определение мощности электросети и так далее. В конце этапа происходит бурение скважины в соответствии с планом.

Фото 5. Монтаж теплового насоса типа грунт-вода: в заранее вырытые скважины погружаются специальные трубы.

• После чего в скважины опускаются геотермальные зонды, которые будут извлекать тепло из земли. На этом этапе устанавливается также ещё и испаритель с хладагентом, который будет передавать тепло на компрессор.
• Теперь его необходимо установить. Обычно прибор ставят в помещении рядом с домом; площадь компрессора обычно составляет менее 1 квадратного метра, поэтому, как правило, такое устройство устанавливают в небольшом помещении.
• После этого происходит подключение насоса к отопительной сети дома с помощью труб. На завершающем этапе производится тестовый запуск, а в случае обнаружения каких-либо недочётов производится отладка.

Виды насосов

Выше мы уже рассказали, на какие категории можно разделить ТН в зависимости от того, какие типы источников тепла используются. Остановимся на них подробнее.

Геотермальные системы

В качестве источника тепла у ТН используется запасенная тепловая энергия земли. Такие насосы считаются самыми эффективными, потому что температура грунта остается постоянной в течение всего года.

Эти системы подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Но для их применения требуется довольно большая площадь под горизонтальные трубы. Для вертикальных систем необходимо выполнить значительные земляные работы.

Геотермальные с открытым циклом

В качестве теплообменника у ТН используется вода из водоема. Она после использования в качестве теплообменной жидкости снова возвращается в водоем. Допускается при наличии достаточного объема чистой воды и разрешения экологического законодательства.

Насосы закрытого цикла с теплообменником

Установка теплового насоса является самым эффективным вариантом, но в то же время и самым затратным.

Замкнутый тип ТН делится дополнительно на:

1. Горизонтальные — самые эффективные при условии, что имеется доступ к большим по площади земельным участкам. Размещаются в траншеях, которые расположены ниже промерзания грунта.
2. Вертикальные — используются в тех случаях, когда нет достаточного по площади земельного участка. Используются скважины глубиной до 200 метров — в них монтируются теплообменники.

Системы воздух-воздух, вода-вода и воздух-вода

Тепловую энергию воздушный ТН берет из атмосферы. Для монтажа такая конструкция отличается простотой.

Положительные свойства:

• поставить оборудование так же легко, как подключить кондиционер или холодильник;
• для установки не нужен большой теплообменник;
• после подключения сразу готов к работе;
• установка требует минимального обслуживания;
• не нужно монтировать систему отопления;
• обладает низкой стоимостью;
• отсутствует бак-накопитель.

Но такой насос обладает и существенными отрицательными свойствами:

• большая зависимость степени потребления электроэнергии от температуры уличного воздуха;
• необходимость в резервном источнике тепла при сильных морозах;
• наружный блок в морозы может обмерзать.

Воздух-воздух

Воздушный насос по принципу работы напоминает тот, что применяется в кондиционере в режиме обогрева с единственным отличием: ТН настроен на отопление, а кондиционер — на снижение температуры в комнате.

Принцип действия установки воздух — воздух заключается в следующем. Воздух, даже при низких температурах, имеет некоторое количество энергии. Только при абсолютном нуле тепловая энергия отсутствует. Большинство ТН способны получать тепло при температуре -15 °С. В настоящее время некоторые производители выпускают станции, сохраняющие отбор тепла при -30 °С. Забор тепла происходит при помощи испарения фреона, который циркулирует по внутреннему контуру. Для этой цели используется испаритель, в котором хладагент преобразовывается из жидкого состояния в газообразное. При этом поглощается тепло.

Следующим блоком, который расположен в этой системе теплоснабжения, является компрессор, который фреон из газообразного состояния превращает в жидкое. При этом выделяется тепло. Эффективность установки воздух — воздух напрямую зависит от температуры окружающей среды. Чем она ниже, тем производительность станции уменьшается.

Вода-вода

При такой системе во внутреннем контуре циркулирует легко испаряющаяся жидкость, например, фреон. В качестве контура внутри помещения могут быть водяные трубы, регистры или батареи, заполненные водой.

В качестве внешнего контура может выступать любой водоем с достаточно большим количеством воды — река, озеро или пруд. В этом случае теплоноситель забирает тепло из внешнего контура и отдает его контуру внутри помещения.

Воздух-вода

ТН типа воздух — вода является наиболее универсальной моделью. Она весьма эффективна в теплое время года, но в холодное время производительность существенно падает.

Простой монтаж является преимуществом системы — подходящее оборудование монтируется в любом месте. Тепло, которое удаляется из помещения в виде газа либо дыма, может повторно использоваться.

Водяной ТН берет тепло из грунтовых вод, которые прокачиваются через испаритель. Подобный ТН отличается неплохой эффективностью и повышенной стабильностью: эффективность — это результат значительной теплоотдачи воды. Разумеется, для использования установки такого типа нужно, чтобы грунтовые воды на территории имелись в достаточном количестве. Желательно, чтобы вода находилась не глубже 30 метров.

Характеристики оборудования

Внешне тепловой насос воздух-воздух напоминает блок кондиционера, бывает разных размеров

Тепловой насос «воздух-воздух» для отопления дома относится к оборудованию, принадлежащему сфере альтернативной энергетики. Задача такого теплонасоса – забрать тепло из воздушных масс на улице и им обогреть жилые и нежилые помещения. Для эффективной и бесперебойной работы нужно использовать какой-либо сгораемый вид топлива.

Визуально теплонасос напоминает инверторный кондиционер или сплит-систему, состоящую из внутридомового и наружного блока. Принцип работы больше напоминает холодильник, только с обратным действием.

Принцип действия и устройство

При разработке оборудования в основу легло физическое явление термодинамики – при испарении жидкость охлаждает поверхность, на которой рассеивается.

По такому принципу работают холодильники. Внутренняя полость оснащена трубками, по которым под высоким давлением циркулирует хладагент. Из полости морозильной камеры он поглощает тепло, при этом сам немного нагреваясь. Собранное тепло выделяется в комнату.

Для охлаждения хладагент сжимается в компрессоре. Фреон в каждом рабочем цикле изменяет свое агрегатное состояние из газообразного в жидкое и обратно.

При минусовой температуре в атмосфере содержится тепловая энергия, обогревающая дом

Тепловой насос «воздух-воздух» работает по аналогичному принципу, только тепло поглощает не из закрытой морозильной камеры, а с улицы. Даже если за окном минусовая температура, в атмосфере содержится тепловая энергия.

Оборудование включает в себя следующие сегменты:

• вентилятор и конденсатор для подачи прогретого воздуха в помещение;
• компрессор;
• медные трубки для транспортировки фреона между домом и улицей;
• испаритель с вентилятором принудительного обдува;
• расширительный клапан.

Преимущества и недостатки

На каждый потребленный кВт энергии устройство выдает 4 — 5 кВт тепла

Воздушные теплонасосы, как и другие любые виды оборудования, имеют достоинства и недостатки.

К числу основных преимуществ относят:

• Универсальность использования. С помощью данного вида оборудования удается обогревать и охлаждать помещения.
• Простота использования. Для эксплуатации системы достаточно установить необходимый температурный режим. Сделать это можно удаленно при помощи дистанционного пульта управления или непосредственно на дисплее.
• Экологичность. Благодаря таким системам у человека есть возможность полностью отказаться от сжигания дров, угля, природного газа и других видов топлива, которые засоряют окружающую среду продуктами горения.
• Приемлемая стоимость. Ценовая политика позволяет приобрести теплонасос практически всем желающим. Можно соорудить ее даже самостоятельно.
• Экономичность. Теплонасосы «воздух-воздух» имеют высокий коэффициент теплоотдачи при минимальных энергетических затратах. Оборудование выдает 4-5 кВт тепла за каждый потребленный 1 кВт электроэнергии.
• Пожаробезопасность. Для продуцирования тепла нет необходимости использовать горючие или пожароопасные составы. Даже нарушения в работе системы не способны повлечь за собой возгорание.

Обладатели сплит-систем выделяют следующие недостатки:

• при отсутствии энергоснабжения система работать не будет, при нестабильной подаче ресурса рекомендуется дополнительно устанавливать генератор;
• в воздухе в течение всего времени работы вентиляторов будет висеть пыль;
• при похолодании наблюдается рост электропотребления;
• эффективность работы системы зависит от температуры на улице;
• незначительный, но все, же шумовой фон.

Тепловые насосы типа «воздух-воздух» эффективны в работе, пока температура воздуха не опускается ниже -10 градусов. Если загородный дом построен в регионе с холодным климатом, дополнительно нужно устанавливать камин или котел.

Отличия от кондиционера

Обогрев насосом обходится дешевле, чем инверторным кондиционером

Визуально тепловой насос и кондиционер похожи, но технические и конструктивные характеристики разные.

Внешний тепловой насос используется для обогрева помещений на протяжении всего года. Кондиционер преимущественно используют для охлаждения помещения в жару.

Основная задача теплонасоса – обогрев, но многие модели способны и охлаждать воздух. Однако по энергоэффективности такие системы существенно уступают кондиционерам.

Кондиционеры тоже могут нагревать воздух в комнатах, но в этом случае они потребляют большое количество электроэнергии, что может в конце месяца «сильно ударить по карману».