Отопление дома тепловым насосом — как это работает и сколько стоит

Реально ли до 70% снизить затраты на отопление загородного дома? Ответ можно найти в весьма нестандартном источнике энергии — недрах земли. Мы расскажем об устройстве и принципе работы тепловых насосов, а также поможем сделать правильный выбор отопительной системы.

Постоянный рост цен на энергоресурсы дает отличный повод задуматься над более современными и экономичными средствами получения тепла и горячей воды. На сегодняшний день уже существуют десятки инновационных способов обустроить эффективные схемы отопления , сделав его абсолютно бесплатным.

Тепловые насосы и устройства геотермального кондиционирования

Почти четверть энергии, вырабатываемой в мире сегодня, является экологически чистой, а одну восьмую часть получают без сжигания биологических масс. Наиболее эффективным и практически неисчерпаемым источником энергии можно по праву считать ресурс, скрытый в недрах нашей планеты — геотермальную теплоту. Примечательно, что направление передачи энергии можно обратить: в жаркое время года почва может эффективно поглощать теплоту. Этот двухсторонний процесс принято называть геотермальным кондиционированием.

Для сбора и преобразования тепловой энергии применяются специальные установки — так называемые тепловые насосы. Благодаря высокому КПД и незначительным энергозатратам при работе они приобретают все большую популярность.

Сама идея работы таких установок далеко не нова. В 50-х годах XIX века уже был сконструирован и запатентован первый прототип, ориентированный на массовое производство. Идея лорда Кельвина в то время не получила практического применения из-за того, что понятие энергетического кризиса было еще неведомо, но спустя почти одно столетие Роберт Вебер (Robert C. Webber) начал успешно применять такие системы в быту и промышленности. Поразительно, что еще в далеком 1931 году в знаменитом небоскребе Эмпайр-Стейт-билдинг была применена технология геотермального отопления, основанная на работе тепловых насосов. В России и на постсоветском пространстве геотермальные источники энергии используются еще со времен СССР, а производственные комплексы позволяют выпускать необходимое оборудование без привлечения иностранных партнеров.

Тепловая энергия низкого потенциала. Принцип действия

Второе правило термодинамики гласит, что передача тепловой энергии возможна только от более нагретого тела к менее нагретому. Но если между двумя средами с небольшой разницей температур поместить вещество с изменяемыми физическими свойствами, оно может послужить посредником, способным обратить естественный процесс передачи теплоты. Цепь таких преобразований осуществляется в процессе работы теплового насоса. При сильном сжатии газов выделяется большое количество теплоты, а сам газ охлаждается и переходит в жидкое состояние. Это называется компрессией, и конечным результатом этого процесса является тепло в доме. Чтобы цикл компрессии можно было повторять бесконечно долго, в качестве газа используется хладагент с очень низкой температурой кипения. Его можно вернуть в газообразное состояние в процессе испарения при температуре до +10 °С. Тепловая энергия с низким потенциалом, как правило, добывается из грунта ниже глубины промерзания, но может быть получена и любым другим способом. В целом, принцип работы теплового насоса прямо противоположен действию холодильной установки, хотя и основывается на идентичных процессах.

Современные тепловые насосы

Подобные системы, применяемые в современном мире, являются более продвинутыми, в сравнении с их предшественниками. В качестве хладагента применяются сложные соединения газов, все элементы конструкции и исполнительные механизмы выполняются с большим запасом износостойкости и надежности. Развитие точного машиностроения дало возможность воссоздать геотермальные установки в миниатюре. Портативные тепловые насосы не отличаются ничем от своих промышленных родственников, а низкая цена и возрастающая конкуренция делают установки доступными широкому кругу потребителей.

Особенность тепловых насосов, отличающая их от традиционных отопительных приборов, — возможность работы в четко заданном диапазоне уличных температур, который определяется физическими свойствами вещества-хладагента и типом системы. Воздушные тепловые насосы могут извлекать тепловую энергию из воздуха положительной температуры, но плохо работают при отрицательной. Геотермальные насосы способны обогреть дом даже в сильный мороз, но их применение в осенне-зимний период не всегда является оправданным. Для каждой климатической зоны выбор оборудования осуществляется индивидуально. В домашнем хозяйстве наилучшим образом себя рекомендует комбинация разных типов устройств.

Шесть главных вопросов о тепловых насосах

Хотя тепловые насосы и получили широкую известность, многим свойственно сомневаться в их экономической выгоде. Тем не менее, существует всего шесть вопросов, ответы на которые дадут полное представление о преимуществах тепловых насосов.

Что представляет собой геотермальная система в частном доме

В загородном доме система занимает столько же места, сколько заняла бы обычная газовая котельная. Можно разделить установку на две части: видимую и скрытую. На виду у владельца будут функциональные элементы: тепловой и циркуляционные насосы, обвязка, краны, фильтры, измерительные приборы и автоматика. Скрытым от человеческих глаз останется первичный теплообменник, спрятанный глубоко под землей. Система полностью бесшумна и может быть размещена даже на улице. Сборка и наладка могут быть произведены самостоятельно, но при желании можно обратиться в специализированную монтажную компанию, полный спектр услуг будет стоить от $1000.

Насколько эффективна работа насоса

Для обеспечения комфортного климата в жилых помещениях достаточно температуры воды в контуре отопления 40–45 °C. Если газовые котлы нагревают воду с избытком, а их автоматика рассчитана на значительно больший диапазон температур при срабатывании, то тепловые насосы поддерживают постоянную температуру, работая непрерывно. Если помещения закрытые и только периодически проветриваются — можно быть уверенным, что температура внутри них будет достигать 30 градусов. С использованием более мощных установок становится возможным как наличие проточной горячей воды для бытовых нужд, так и подогрев бассейнов.

Варианты размещения теплообменников

Многих людей, столкнувшихся с ГТО-системами, интересует вопрос о размещении первичного теплообменника. Он может быть расположен на глубине до трех метров под землей и иметь горизонтальную ориентацию. При этом на прилегающем к дому участке роется глубокий котлован, в котором размещается кольцевой змеевик теплообменника.

Современные системы способны работать и с вертикальным размещением первичного контура. Этот вариант более предпочтителен с точки зрения сохранности ландшафта приусадебного участка, хотя и требует наличия дополнительного оборудования — циркуляционных насосов высокого давления. При вертикальном расположении первичного контура на участке бурят от трех скважин, глубина которых может достигать в отдельных случаях100 м. В скважину помещается петля трубопровода (зонд), которая соединяется с общим коллектором. Бурение скважин нельзя произвести без специального оборудования, а потому следует прибегнуть к помощи профессионалов. Стоимость такой услуги зависит от условий проведения работ и глубины бурения, но менее чем на $450 за устройство одной скважины рассчитывать не стоит.

Обслуживание оборудования

Принцип действия и устройство систем автоматики в тепловых насосах сильно отличаются от их аналогов, применяемых в тандеме с газовым оборудованием. Характеризуется высокой технической сложностью и ряд функциональных агрегатов: испарителей, компрессоров и систем промежуточного теплообмена. Несмотря на очевидную сложность, тепловые насосы не требуют обслуживания в процессе эксплуатации. Единственный подверженный сильному износу элемент — компрессор, который имеет срок эксплуатации более 30 лет и легко заменяется. Сам же насос фабричной сборки может служить до ста лет без плановых ремонтов. Система автоматики также не требует специального обслуживания и легко управляется через единый цифровой контроллер.

Сколько стоит производство энергии таким методом

Системы отопления, основанные на тепловых насосах, отличаются крайне низким потреблением электроэнергии. При наибольшей разнице температур в первичном и вторичном теплообменниках, система выдает тепловую мощность втрое большую, чем потребляемая электрическая. При минимальной разнице температур воздуха и источника тепла (до 12–14 градусов) потребление энергии будет в семь раз меньше, чем производимое количество теплоты. При желании потребителя пойти дальше, обеспечив полную автономность системы и избежав материальных затрат на электричество, можно прибегнуть к помощи солнечной энергии: установка на 3 кВт будет компактной и не потребует больших денежных вложений.

С какими инстанциями нужно согласовывать установку подобных приборов

На установку теплового насоса не требуется каких либо специальных разрешений или проектной документации. Единственным исключением могут стать коммерческие объекты и муниципальные заведения, оснащение которых таким отоплением должно сопровождаться актами экологического соответствия и сертификатами на используемое оборудование. К счастью, тепловые насосы любого типа являются экологически безопасными и соответствуют всем нормам производственной и бытовой санитарии.

Производители тепловых насосов

Мировой и отечественный рынки тепловых насосов активно развиваются, что создает высокую конкуренцию и ощутимый демпинг цен. Нельзя сказать, что некоторые производители обладают абсолютным превосходством над другими: каждый имеет свои преимущества и недостатки. Однако можно разбить рынок оборудования на три сегмента.

Тепловые насосы европейского производства

Одним из основных поставщиков геотермального оборудования является Европа, где такие установки применяются очень давно, а технология их изготовления тщательно отработана. Особых отличий между европейскими брендами нет, разве что некоторые компании стремятся сделать установки более компактными и бесшумными. Отлично сочетаются технические характеристики тепловых насосов у швейцарского концерна NIBE.

К достоинствам данного производителя можно отнести огромный опыт в массовом производстве теплового оборудования. Компания специализируется именно на создании и совершенствовании установок, работающих на экологически безопасных источниках энергии. Начиная с 1949 года NIBE купила более двадцати крупнейших производителей высокоточного оборудования в Европе, Азии и Северной Америке. Это позволило предприятию обеспечить своим агрегатам наибольший срок службы за счет использования компонентов от самых известных мировых производителей. Но и цена за такое приобретение будет соответствующей: от 7 тысяч евро для насоса тепловой мощностью в 5 кВт.

Российские производители тепловых насосов

Российский рынок также не стоит на месте. Всего за пару десятков лет в России появились и получили развитие несколько крупных компаний, специализирующихся на производстве тепловых насосов.

Наиболее крупные и активно совершенствующие свою продукцию — компании ПЭА, ALTAL и Henk. Главная особенность отечественного производителя — наилучшее соотношение цены и качества. При обеспечении срока эксплуатации оборудования от 50 лет и предоставлении гарантийного и сервисного обслуживания, насосы малой мощности будут иметь цену в диапазоне 2,6–3,7 тысяч долларов.

Большинство русских компаний производят оборудование по заграничным патентам и франшизе, а это дает гарантию того, что оборудование является качественным и пригодным для использования в отечественных условиях.

Тепловые насосы, произведенные в Китае

Самой низкой стоимостью обладают тепловые насосы китайского производства. Компаний-производителей, как таковых, в Китае не наблюдается: каждый насос имеет узкий модельный ряд, который назван короткой аббревиатурой.

Отличительная черта китайских производителей — очень низкая цена и сомнительное качество. Так, тепловой насос с полезной мощностью в 12 кВт обойдется в 1100–1300 долларов без учета таможенной пошлины и затрат на перевозку. Относительно качества продукции нельзя дать однозначного заключения: некоторые агрегаты работают по году и выходят из строя, но есть и такие, которые уже 5 или 7 лет продолжают исправно вырабатывать тепло. К счастью, китайские насосы имеют блочное устройство и все комплектующие могут быть легко заменены.

По заявлениям многих энергетических компаний, в течение следующего десятилетия 95% используемого в индивидуальных хозяйствах отопительного оборудования будут составлять тепловые насосы. Этому способствует их безопасность и неприхотливость, а также возрастающее стремление человечества сохранить природные ресурсы. Но все же главным аргументом остается постоянно растущая цена на газ и электричество, что заставляет потребителей искать альтернативные, менее дорогостоящие варианты отопления.

Отопление дома тепловым насосом «воздух-воздух»

Как работают тепловые насосы воздух-вода

В основе работы теплового насоса типа «воздух-вода» положен принцип Карно. Говоря более понятным языком, используется конструкция фреонового холодильника. Хладагент (фреон) циркулирует в замкнутой системе, проходя последоватёельно стадии:

• испарения, сопровождающегося сильным охлаждением
• подогрева от тепла поступающего наружного воздуха
• сильного сжатия, при котором его температура становится высокой
• конденсации с переходом в жидкое состояние
• прохода через дроссель с резким падением давления и испарением

Для нормальной циркуляции хладагента необходимо иметь два отделения — испаритель и конденсатор. В первом температура низкая (отрицательная), для нагрева используется тепловая энергия из воздуха окружающей среды. Второе отделение служит для конденсирования хладагента и передачи тепловой энергии в теплоноситель системы отопления.

Роль поступающего извне воздуха — передача тепла в испаритель, где температура очень низкая и требует повышения для предстоящего сжатия. Тепловая энергия воздуха имеется даже при отрицательных температурах и сохраняется до тех пор, пока не произойдет понижение температуры до абсолютного нуля. Низкопотенциальные источники тепловой энергии позволяют получать высокую эффективность системы, но при сильном понижении наружной температуры до -20°C или – 25°C система останавливается и требует подключения дополнительного источника обогрева.

Инверторные тепловые насосы

Наличие инвертора в составе установки позволяет обеспечить плавный пуск оборудования и автоматическое регулирование режимов в зависимости от температуры наружного воздуха. Это позволяет максимально повысить эффективность работы теплового насоса за счет:

• достижения КПД на уровне 95-98%;
• снижения потребления энергии на 20-25%;
• минимизации нагрузок на электрическую сеть;
• увеличения сроков эксплуатации установки.

В результате температура внутри помещений стабильно поддерживается на одном уровне, не зависимо от изменения погоды. При этом наличие инвертора в комплекте с автоматизированным блоком управления обеспечит не только зимний обогрев, но и подачу охлажденного воздуха летом при жаркой погоде.

В то же время следует учесть, что наличие дополнительного оборудования всегда влечет за собой его удорожание и увеличение срока окупаемости.

Достоинства тепловых насосов «воздух-воздух»

Ежегодно растущий спрос на подобные системы обогрева и охлаждения воздушных масс обусловлено их основными достоинствами:

• универсальность ТН позволяет производить отопительный и охлаждающий процесс в коммерческих, муниципальных, промышленных и жилых зданиях;
• так как системы не используют никакого сгораемого топлива, они гораздо экологичнее аналогичных агрегатов;
• при наличии опыта в монтаже подобных устройств и специального инструмента, монтаж топливного насоса данного типа можно произвести своими силами в максимально сжатые сроки;
• оборудование обладает высоким коэффициентом отдачи тепла и не требует особых затрат на регулярное обслуживание;
• приемлемая цена ТН позволяет приобрести заводскую систему людям практически с любым ежемесячным доходом;
• на обслуживание компрессора тратится минимальное количество времени;
• для изготовления приборов не используются горючие материалы, а для работы – топливо, что позволяет говорить об их полной пожарной безопасности.

Согласно отзывам тех, кто уже установил топливный насос «воздух-воздух» и многочисленных экспертов, оборудование редко выходит из строя раньше окончания гарантийного периода. К тому же, ТН отличаются ремонтопригодностью и низкой стоимостью деталей и комплектующих материалов. Управлением и контролем работы системы занимается автоматика.

Как подобрать тепловой отопительный насос воздух-вода

Правильно выбрав тепловой насос для отопления дома воздух-вода, можно раз и навсегда решить вопрос обогрева жилых и промышленных помещений. Подбор подходящей тепловой станции выполняют следующим образом:

• Тип корпуса – производители предлагают две базовых конструкции. Низкотемпературный моноблочный тепловой насос типа воздух-вода примечателен тем, что в помещении не устанавливается никакого оборудования, все необходимые узлы расположены на улице (либо в отдельном изолированном помещении). В дом входит только подающий и обратный трубопровод отопления.
  Сплит – системы, больше предназначены для бытового использования. Внешний блок устанавливается на улице и подключается к емкости накопителю. Разогретый фреон разогревает конденсатор, который методом косвенного нагрева передает тепло жидкости, используемой в качестве теплоносителя.
• Функциональные возможности – некоторые модели предназначены для подключения только к системе водяного обогрева здания. Применение других теплонасосов воздух-вода, подходит для отопления и горячего водоснабжения.
• Зависимость производительности от температуры окружающей среды – бытовые модели обычно ограничены температурой от +45°С до -15°С, можно приобрести оборудование, способное вырабатывать тепловую энергию даже при -25-32°С. Эффективность системы отопления дома с ТН воздух – вода, напрямую зависит от этого параметра.

Дополнительно, к параметрам при выборе, обращают внимание на мощность оборудования, компанию производителя, выпускающую теплонасос и себестоимость установки, включая проведение монтажных работ

Как сделать расчет необходимой мощности ТН воздух-вода

Существует два понятия, предварительный (в первом приближении) и проектный расчёт мощности. Первый можно выполнить самостоятельно, второй делает специализированное учреждение. В первом приближении, на каждый квадратный метр рассчитывают 70 Вт мощности ТН. Дальнейшие расчеты выполняют следующим образом:

1. Подсчитывают общую отапливаемую площадь.
2. Умножают полученную сумму на 0,7.
3. Полученный результат будет соответствовать минимально необходимой мощности оборудования.

Чтобы обеспечить максимальную экономичность отопления дома с помощью теплового насоса системы воздух-вода, потребуется грамотная проектная документация и квалифицированное выполнение монтажных работ.

Производители тепловых насосов отопления воздух-вода

Буквально 10 лет назад, на рынке предлагались всего несколько моделей тепловых насосов. Сегодня выбор стал намного больше. Ведущие немецкие производители, российские, японские и китайские компании, выпускают оборудование, с той или иной долей теплоэффективности.

Судя по отзывам покупателей, наиболее востребованными являются насосы следующих компаний:

• Viessmann – более 30 лет занимается выпуском тепловых насосов. С тех пор, продукция компании существенно изменилась. Были учтены пожелания потребителей, внедрены новые технологии. В ТН Viessmann используется инновационная автоматика, полностью регулирующая весь процесс работы, оптимизирующая процесс обогрева, в согласии с погодными условиями.
• Buderus – модели отличаются высокой производительностью. Предназначены для бытового и промышленного применения. Полностью соответствуют особенностям отечественной эксплуатации. В серии Buderus предлагаются насосы для обогрева площади до 500 м² и выше.
• Stiebel Eltron – еще одна немецкая компания, пользующаяся неизменным спросом у отечественного потребителя. В качестве достоинств можно выделить большой ассортимент предлагаемого оборудования, функциональность устройств и возможность подбора по индивидуальным запросам. Модели Stiebel Eltron имеют высокий уровень СОР и отличаются экономичностью.
• Heliotherm – австрийские теплонасосы, имеющие один из лучших показателей СОР среди всего термального оборудования. Имеют официальное представительство в РФ, что во многом облегчает монтаж, обслуживание систем и выполнение гарантийных обязательств. Теплонасосами Heliotherm оснащены более 15 000 различных объектов.

Стоимость установки ТН воздух-вода

Последние модели тепловых насосов обойдутся в 160-1200 тыс. руб. Цена варьируется, в зависимости от производителя. На стоимость сильно влияет «раскрученность» бренда. Китайские модели, имеют меньшую цену, но и уступают по надежности и показателям СОР.

Монтаж теплонасосов воздух-вода обычно входит в стоимость. Большинство производителей, дополнительно, бесплатно делают проект и предоставляют другие услуги по обслуживанию. Рассчитать полную стоимость, включая покупку ТН и его установку можно с помощью он-лайн калькуляторов.

Основные разновидности, их принципы работы

Все тепловые насосы отличаются друг от друга по источнику энергии. Основные классы устройств: грунт-вода, вода-вода, воздух-вода и воздух-воздух.

Первое слово указывает на источник тепла, а второе — означает то, во что оно превращается в устройстве.

Например, в случае прибора грунт-вода тепло извлекается из земли, а потом оно преобразуется в горячую воду, которая используется как нагреватель в системе отопления. Ниже мы рассмотрим разновидности тепловых насосов для отопления более подробно.

Грунт-вода

Установки типа грунт-вода добывают тепло прямо из земли с помощью специальных турбин или коллекторов. В качестве источника в данном случае используется земля, которая нагревает фреон. Он нагревает воду, которая находится в баке-конденсаторе. При этом фреон охлаждается и поступает обратно на вход насоса, а разогретая вода используется в качестве теплоносителя в основной системе отопления.

Цикл нагрева жидкости продолжается до тех пор, пока насос получает электричество из сети. Самым затратным, с экономической точки зрения, является метод грунт-вода поскольку для монтажа турбин и коллекторов придётся бурить глубокие скважины или менять расположение грунта на большом участке земли.

Вода-вода

По своим техническим характеристикам насосы типа вода-вода очень похожи на устройства класса грунт-вода с тем лишь отличием, что в качестве первичного источника тепла в данном случае используется не земля, а вода. В качестве источника могут использоваться как подземные воды, так и из различных водоёмов.

Фото 2. Монтаж конструкции для теплового насоса типа вода-вода: в водоём погружаются специальные трубы.

Устройства класса вода-вода значительно дешевле насосов типа грунт-вода, поскольку для их установки не нужно бурить глубокие скважины.

Справка. Для работы водяного насоса достаточно погрузить несколько труб в ближайший водоём, поэтому для его работы не нужно бурить скважины.

Воздух-вода

Установки класса воздух-вода получают тепло прямо из окружающей среды. Такие приборы не нуждаются в крупном внешнем коллекторе для сбора тепла, а для нагрева фреона используется обыкновенный уличный воздух. После нагревания фреон отдаёт тепло воде, после чего горячая вода поступает в отопительную систему через трубы. Устройства данного типа довольно дешёвые, поскольку для работы насоса не нужен дорогостоящий коллектор.

Воздушный

Установка класса воздух-воздух тоже получает тепло прямо из окружающей среды, а для её работы также не требуется внешний коллектор. После контакта тёплого воздуха происходит нагрев фреона, затем фреон нагревает воздух в насосе. Потом этот воздух выбрасывается в помещение, что приводит к локальному повышению температуры. Устройства данного типа также являются довольно дешёвыми, поскольку для их работы не требуется установка дорогостоящего коллектора.

Фото 3. Принцип работы теплового насоса воздух-воздух. В отопительные радиаторы поступает теплоноситель с температурой 35 градусов.

Самоделка из старого холодильника

Из отдельных компрессоров и конденсаторов своими руками собрать тепловой насос воздух-воздух без специализированных инженерных познаний достаточно сложно. Но для небольшой комнаты или теплицы можно воспользоваться старым холодильником.

Простейший воздушный теплонасос можно смастерить из холодильника, протянув в него с улицы воздуховод и навесив вентилятор на заднюю решетку теплообменника

Для этого необходимо в передней дверке холодильника проделать два отверстия. Через первое в морозилку будет поступать уличный воздух, а по второму нижнему – выводиться обратно на улицу.

При этом за время прохождения по внутренней камере он будет отдавать часть имеющегося в нем тепла фреону.

Также можно холодильную машину попросту встроить в стену открытой дверью наружу, а теплообменником сзади – в помещение. Но при этом следует учитывать, что мощность такого обогревателя будет небольшой, а электроэнергии он потребляет немало.

Воздух в помещении нагревается от теплообменника сзади холодильника. Однако подобный тепловой насос способен работать только при наружных температурах не ниже плюс пяти по Цельсию.

В большом коттедже систему воздушного отопления придется дополнять воздуховодами, распределяющими теплый воздух равномерно по всем помещениям

Монтаж теплонасоса воздух-воздух предельно прост. Необходимо установить внешний и внутренний блоки, а потом соединить их меж собой контуром с теплоносителем.

Первая часть системы устанавливается на улице: прямо на фасаде, кровле либо рядом со зданием. Вторую в доме можно разместить на потолке или стене.

Наружный блок рекомендуется монтировать в нескольких метрах от входа в коттедж и подальше от окон, не стоит забывать о производимом вентилятором шуме.

А внутренний устанавливается так, чтобы поток теплого воздуха из него равномерно распространялся по всей комнате.

Если тепловым насосом воздух-воздух планируется отапливать дом с несколькими комнатами на разных этажах, то придется обустраивать систему вентиляционных каналов с принудительным нагнетанием.

В этом случае лучше заказать проект у компетентного инженера, иначе мощности ТНа может не хватить на все помещения.

Электросчетчик и защитное устройство должны выдерживать пиковые нагрузки, создаваемые тепловым насосом. При резком похолодании за окном компрессор начинает потреблять электричества в разы больше, чем обычно.

Лучше всего для подобного воздушного обогревателя проложить отдельную линию снабжения от распределительного щитка.

Здесь без навыков пайки меди не обойтись. Заправку хладогена вообще стоит доверить профессионалу, чтобы избежать потом проблем с его утечками.

Пошаговая инструкция по изготовлению теплового насоса из холодильника описана в этой статье.

Тепловой насос воздух-воздух. Принцип действия

Тепловой насос – по своей сути тот же холодильник, только работающий в обратную сторону. Судите сами: принцип работы обеих устройств построен на физическом явлении, при котором любая испаряющаяся жидкость охлаждает поверхность, из которой она испаряется. Другими словами, испаряясь, жидкость отбирает часть тепла у поверхности испарения.

Именно так устроен холодильник: компрессор под высоким давлением нагнетает хладагент (жидкость) в испаритель (поверхность испарения). Там происходит отбор тепла из внешней среды (холодильная камера) за счет испарения теплоносителя. Сам хладагент при этом нагревается за счет этого тепла. Далее он отдает энергию теплообменнику (охлаждается в конденсаторе), возвращается в компрессор и все происходит сначала.

Тепловой насос работает аналогично. Только он отбирает тепло не из закрытой камеры, а из окружающей среды. Даже при отрицательной внешней температуре атмосферы, она имеет определенное количество тепла, относительно помещенного в нее предмета с еще меньшей температурой. Другими словами, если температура окружающей среды равняется -100 Со, то, установленный снаружи предмет с температурой -200 Со со временем нагреется ровно на 100 Со. Вот эти 10 градусов тепла и использует тепловой агрегат. Постоянно отбирая разницу в температуре у новых порций воздуха, воздушный тепловой насос создает температуру на выходе из устройства, достаточную для обогрева помещений. При этом агрегат использует электроэнергию только на обеспечение работы компрессора и схемы управления. Для нагрева помещения используется тепло атмосферы.

Этот принцип используется в тепловых насосах, а также в современных кондиционерах инверторного типа, которые охлаждают в жару, работая как холодильник, а в холод обогревают, работая как тепловой насос.

Принцип действия

Принцип действия теплового насоса основан на свойствах, которыми обладают жидкости и газы. В соответствии с законами термодинамики при переходе вещества из газообразного состояния в жидкое тепло выделяется, при обратном переходе – тепло поглощается. При применении тепловых насосов используется разность температур во внешнем и внутреннем контурах систем отопления, горячего водоснабжения или кондиционирования.

Тепловые насосы типа «воздух-воздух» работают:

• В летний период — в режиме кондиционирования.
• Зимой — как источник тепла.

В устройствах данного типа наружный контур размещается на улице и монтируется на стене здания или на поверхности земли, с устройством соответствующего основания.

Во внутреннем контуре устройства циркулирует хладагент, при этом в летний период испарителем служит внутренний блок устройства, а конденсатором в это время года служит наружный контур устройства. В зимний период наоборот – испарителем служит наружный блок, а конденсатором – внутренний блок теплового насоса.

В зависимости от конструкции устройства, режим когда устройство поглощает тепло наружного воздуха и передает его во внутреннее пространство, можно включать в любое время года, в этом случае насос работает только в режиме обогревателя.

В таком режиме хладагент двигаясь по внутреннему контуру получает тепловую энергию от наружного воздуха, под действием которой — испаряется. Циркулируя в газообразном состоянии, хладагент поступает на конденсатор, где отдает аккумулированную тепловую энергию воздуху внутри помещения и конденсируется, после чего опять поступает на испаритель. Процесс повторяется с интенсивностью, определяемой заданными параметрами установки (температура воздуха внутри помещения).

Тепловой насос «воздух-воздух» для дома

Системы «воздух-воздух» наиболее известны широкому пользователю как кондиционеры (точнее, сплит-системы). Несмотря на обилие названий, речь идет об одном и том же устройстве, в основе конструкции которого лежит использование цикла Карно. Он описывает процессы, проходящие при последовательном испарении жидкости, сильном сжатии полученного газа, конденсировании и повторного образования жидкости. Во время сжатия температура газа сильно повышается, а при испарении жидкости — понижается. Эти два явления используются в холодильниках, кондиционерах и тепловых насосах, только в двух первых случаях полезным продуктом служит холод, а в последнем — тепло.

Принципы работы

Основу конструкции ТН «воздух-воздух» составляет замкнутый контур, заполненный хладагентом (фреоном). Этот контур состоит из двух частей, испарителя и конденсатора. В испарителе жидкий фреон переходит в газообразное состояние, активно отбирая у окружающей среды тепловую энергию. Полученный газ подается в компрессор, где сильно сжимается, отчего его температура повышается. Из компрессора горячий газ переходит в конденсатор, где переходит в жидкую фазу. После этого фреон пропускается через понижающий клапан и поступает в испаритель, и весь цикл повторяется снова.

Таким образом, для работы теплового насоса типа «воздух-воздух» требуется только замкнутый контур с фреоном и два вентилятора, что значительно упрощает и удешевляет конструкцию в сравнении с другими разновидностями тепловых насосов. Если надо охлаждать помещение, то внутрь подается воздух из испарителя, а поток с конденсатора выводится наружу.

Достоинства и недостатки

К достоинствам воздушных тепловых насосов можно отнести:

• универсальность. Система может охлаждать или нагревать помещение без каких-либо изменений или сложной перенастройки
• экологическая чистота. Для работы системы не требуется углеводородного топлива, не используются опасные для окружающей среды вещества
• простота конструкции. Установка приобретенного теплового насоса не составляет никакого труда
• возможность самостоятельного изготовления
• эффективность. Воздушное отопление быстро нагревает помещение и обладает низкой инерцией, что позволяет при необходимости быстро его охладить
• экономичность. Расходы на электропитание компрессора и вентиляторов многократно окупаются
• низкие цены. В сравнении с другими типами тепловых насосов, этот вариант самый дешевый
• пожарная безопасность

Имеются и недостатки:

• необходимость использования электроэнергии, причем, перебоев питания система не переносит
• результат работы напрямую связан с внешней температурой воздуха, что снижает устойчивость и вынуждает постоянно регулировать режим работы
• постоянное присутствие мелкой пыли и взвеси из-за активной конвекции воздуха
• небольшой, но заметный звуковой фон при работе системы

Расчет мощности установки

Выполнять расчет теплового насоса самостоятельно не рекомендуется. Надо использовать массу специальных данных, коэффициентов и прочих значений, пользоваться которыми в состоянии только специалисты. Если требуется рассчитать систему, надо обращаться к профессионалам. Они имеют опыт и знания, которые необходимы в этом деле.

Как сделать тепловой насос «воздух-воздух» своими руками

Высокие цены на приобретение и сервисное обслуживание тепловых насосов побуждают пользователей изготавливать устройства с нужными параметрами своими руками. Для этого надо обладать определенными навыками и знаниями, но для людей подготовленных такая задача не составляет значительных затруднений.

Порядок действий состоит из трех этапов:

• подготовка, приобретение всех материалов, деталей или готовых узлов конструкции
• сборка теплового насоса
• запуск, настройка

Создание рабочего чертежа

Первый этап требуется для того, чтобы обзавестись всеми необходимыми материалами, но основная задача — создание рабочего чертежа. Необходимо тщательно продумать конструкцию и способы соединения всех узлов и деталей, предусмотреть удобство обслуживания и ремонта, другие рабочие моменты. Опытные мастера рекомендуют приступать к работе только после прояснения всех неясных моментов, чтобы не действовать наобум.

Сборка насоса

Второй этап — собственно создание теплового насоса. Его конструкция состоит из двух теплообменников практически одинаковой конструкции, разница только в размерах змеевиков. Для создания змеевиков используется медная трубка, которую наматывают на трубу или любую оправку цилиндрической формы. Змеевики устанавливаются в кожухи, которые продуваются вентиляторами. Получается два теплообменника, действующих по принципу калорифера.

• Один из них (испаритель) обдувается наружным воздухом, отдающим тепловую энергию.
• Второй — конденсатор, по нему проходит горячий фреон.

При обдуве потоком воздуха создается теплый поток, поступающий в жилые помещения.

Между выходным патрубком испарителя и входным штуцером конденсатора устанавливается компрессор. Выход конденсатора и вход испарителя соединяются дросселем, обеспечивающим падение давления на испарителе. Если нет опыта создания холодильных систем, в этом вопросе следует обратиться к профессионалу.

Запуск

Третий этап состоит из пробного запуска, проверки работоспособности и настройки системы. Рекомендуется установить блок управления (подойдет блок от кондиционера), позволяющий регулировать работу системы во время эксплуатации. Все элементы теплового насоса следует спрятать в кожухи или корпуса, защищающие систему от механических повреждений и, в особенности, от обледенения.

Обслуживание

Обслуживание системы необходимо производить регулярно. Требуется очистка от пыли, осмотр соединений, в особенности — стыков трубок, фитингов и прочих элементов. Необходимо следить за состоянием вентиляторов, вовремя смазывать их и очищать лопасти от пыли, чтобы поток воздуха не уносил в жилое помещение мелкую взвесь из твердых частиц и пыли.

Можно ли сделать своими руками — как это сделать?

Имея смекалку, умея работать руками и обладая понятиями как работает тепловой насос, можно изготовить подобное устройство из подручных средств.

Самый важный элемент – это компрессор, который можно приобрести в специализированных магазинах или мастерских. Подойдет компрессор и уже бывший в употреблении на старом холодильнике или кондиционере (№5 на схеме).

На улице устанавливается вентилятор (№3 на схеме), который осуществляет подачу воздуха на испаритель (№1 на схеме). В испарителе хладагент внутреннего контура теплового насоса поглощает тепло нагнетаемого воздуха. Вентилятор может быть любой, но предпочтительнее с большей производительностью. Испаритель можно изготовить из медных трубок придав им форму змеевика, либо использовать испаритель старого холодильника.

Внутри помещения устанавливается конденсатор (на схеме №2), который можно изготовить аналогично испарителю. Внутренний вентилятор (№4 на схеме), устанавливается также внутри помещения, обеспечивает циркуляцию воздуха.

Компрессор, испаритель и конденсатор соединяются посредством трубок, места соединений герметизируются. Во внутренний контур насоса закачивается хладагент.

Для нормальной работы установки в сеть включаются приборы контроля (№6 на схеме) и клапан обратимости (№7 на схеме).

Стоимость оборудования

Традиционное решение для частных домов и коттеджей – газовое отопление. Однако вариант теплового насоса значительно выгоднее и удобнее. Чтобы установить газовый котел, требуются специальный дымоход, вентиляция, а также целый набор разрешительных документов.

Применение тепловых насосов избавит вас от этих проблем и существенно сэкономит ваши средства. Чтобы провести газ в Подмосковье, потребуется около $20 000, и это в том случае, если ваш дом удален от газопровода менее, чем на 1 км, – иначе затраты вырастут в несколько раз! Помимо этого, придется учесть скорость работы отечественных газовщиков. Установка теплового насоса «под ключ» стоит от $15 000, а работы занимают всего 2-3 недели.

Из всего вышесказанного можно сделать однозначный вывод: использование тепловых насосов – это эффективное, простое в монтаже, экологичное и экономичное решение для организации отопления и горячего водоснабжения в частном дом

Установка дополнительного оборудования

В следующих случаях необходимо усовершенствовать существующую систему отопления:

1. Перекачка теплоносителя происходит естественным путем.
2. Расширение нагревательной поверхности.
3. Существующий в котле насос не обеспечивает равномерного распределения теплоносителя.

В каждой из этих ситуаций установка дополнительного устройства способна гарантировать качественное отопление каждой комнаты в доме.

Одним из способов решения этой проблемы является установка дополнительного циркуляционного насоса. Это решение будет гораздо более выгодным, чем полная замена основного оборудования на подходящее.

Большинство частных домов оснащены бесщелевыми насосами.

Особенностью конструкции системы является отсутствие специальных смазочных материалов.

Нагревательная жидкость действует как охладитель и смазывает вращающиеся элементы.

В этом смысле необходимо соблюдать следующие правила:

• вал насоса строго горизонтален относительно земли;
• Направление потока теплоносителя должно соответствовать специальной маркировке на устройстве;
• Установка в секции системы с минимальной температурой жидкости.

Выполнение вышеуказанных рекомендаций обеспечит необходимые условия для работы насоса. Перегрев и включение системы защиты исключены.

Дополнительное оборудование для системы отопления подключается через центральный пульт управления, которым можно управлять.

Новые модели циркуляционных насосов имеют встроенную защиту и сопротивление току блокировки, что позволяет установить нормальное заземление.

Необходимо также следить за тем, чтобы жидкости не попали в непосредственный контакт с клеммной коробкой. Поэтому при установке клеммная коробка должна располагаться сбоку или сверху.