Воздушный тепловой насос для отопления дома
Ardenergy.ru

Канализация и водоснабжение

Воздушный тепловой насос для отопления дома

Как сделать геотермальный тепловой насос из кондиционера

Любой хозяин частного дома стремится минимизировать расходы на обогрев жилища. В этом плане тепловые насосы существенно выгоднее других вариантов отопления, они дают 2.5—4.5 кВт теплоты с одного потребленного киловатта электричества. Обратная сторона медали: для получения дешевой энергии придется вложить немалые средства в оборудование, самая скромная отопительная установка мощностью 10 кВт обойдется в 3500 у. е. (стартовая цена).

Единственный способ уменьшить затраты в 2—3 раза — сделать тепловой насос своими руками (сокращенно — ТН). Рассмотрим несколько реальных рабочих вариантов, собранных и проверенных мастерами–энтузиастами на практике. Поскольку для изготовления сложного агрегата требуются базовые знания о холодильных машинах, начнем с теории.

Особенности и принцип работы ТН

Чем тепловой насос отличается от других установок для отопления частных домов:

  • в отличие от котлов и обогревателей, агрегат самостоятельно не производит тепло, а подобно кондиционеру перемещает его внутрь здания;
  • ТН получил название насоса, поскольку «выкачивает» энергию из источников низкопотенциального тепла – окружающего воздуха, воды либо грунта;
  • установка питается исключительно электроэнергией, потребляемой компрессором, вентиляторами, циркуляционными насосами и платой управления;
  • работа аппарата основана на цикле Карно, используемом во всех холодильных машинах, например, кондиционерах и сплит-системах.

В режиме обогрева традиционная сплит-система нормально работает при температуре выше минус 5 градусов, на сильном морозе эффективность резко падает

Справка. Теплота содержится в любых веществах, чья температура выше абсолютного нуля (минус 273 градуса). Современные технологии позволяют отнимать указанную энергию у воздуха с температурой до —30 °С, земли и воды – до +2 °С.

В теплообменном цикле Карно участвует рабочее тело – газ фреон, кипящий при минусовой температуре. Поочередно испаряясь и конденсируясь в двух теплообменниках, хладагент поглощает энергию окружающей среды и переносит внутрь здания. В целом принцип действия теплового насоса повторяет работу кондиционера, включенного на обогрев:

  1. Находясь в жидкой фазе, фреон двигается по трубкам наружного теплообменника-испарителя, как изображено на схеме. Получая тепло воздуха или воды сквозь металлические стенки, хладагент нагревается, кипит и испаряется.
  2. Дальше газ поступает в компрессор, нагнетающий давление до расчетного значения. Его задача – поднять точку кипения вещества, чтобы фреон сконденсировался при более высокой температуре.
  3. Проходя через внутренний теплообменник–конденсор, газ снова обращается в жидкость и отдает накопленную энергию теплоносителю (воде) или воздуху помещения напрямую.
  4. На последнем этапе жидкий хладон поступает внутрь ресивера–влагоотделителя, затем в дросселирующее устройство. Давление вещества снова падает, фреон готов пройти повторный цикл.

Схема работы теплового насоса похожа на принцип действия сплит-системы

Примечание. Обычные сплит-системы и заводские теплонасосы имеют общую черту – способность переносить энергию в обоих направлениях и функционировать в 2 режимах – отопление/охлаждение. Переключение реализовано с помощью четырехходового реверсивного клапана, меняющего направление течения газа по контуру.

В бытовых кондиционерах и ТН применяются различные типы терморегулирующей арматуры, снижающей давление хладагента перед испарителем. В бытовых сплит-системах роль регулятора играет простое капиллярное устройство, в насосах ставится дорогой терморегулирующий вентиль (ТРВ).

Заметьте, вышеописанный цикл происходит в тепловых насосах всех типов. Разница состоит в способах подвода/отбора тепла, которые мы перечислим далее.

Виды дроссельной арматуры: капиллярная трубка (фото слева) и терморегулирующий вентиль (ТРВ)

Разновидности установок

Согласно общепринятой классификации, ТН делятся на типы по источнику получаемой энергии и виду теплоносителя, которому она передается:

  1. Насосы типа «воздух-воздух» наиболее близки к традиционным сплит-системам, разница состоит в площади наружного испарителя. Аппарат отнимает теплоту окружающей среды и напрямую передает воздуху помещения, как происходит в обычном кондиционере.
  2. Конструкция генераторов «воздух–вода» идентична, но предусматривает нагрев воды либо антифриза, циркулирующего по системе отопления жилого дома.
  3. Установка типа «вода-вода» берет низкопотенциальное тепло водоема и передает жидкому теплоносителю. Здесь применяется дополнительный внешний теплообменник из труб, погруженный в колодец, озеро, скважину или канализационный септик. Циркуляцию воды через испаритель обеспечивает второй насос.
  4. Геотермальный ТН использует теплоту грунта и нагревает внутридомовой теплоноситель. Внешний теплообменный контур представляет собой змеевик с антифризом, заглубленный на 1.5—2 м и занимающий большую площадь. Второй вариант – несколько вертикальных зондов из труб, опущенных внутрь скважин на глубину 10—100 метров.

Справка. Разновидности тепловых насосов перечислены в порядке увеличения стоимости оборудования вместе с монтажом. Воздушные установки – самые дешевые, геотермальные – дорогие.

Основной параметр, характеризующий тепловой насос для отопления дома, – коэффициент эффективности COP, равный отношению между полученной и затраченной энергией. Например, относительно недорогие воздушные отопители не могут похвастать высоким COP – 2.5…3.5. Поясняем: затратив 1 кВт электричества, установка подает в жилище 2.5—3.5 кВт теплоты.

Способы отбора тепла водных источников: из пруда (слева) и через скважины (справа)

Водяные и грунтовые системы эффективнее, их реальный коэффициент лежит в диапазоне 3…4.5. Производительность – величина переменная, зависящая от многих факторов: конструкции теплообменного контура, глубины погружения, температуры и протока воды.

Важный момент. Водогрейные тепловые насосы не способны разогреть теплоноситель до 60—90 °С без дополнительных контуров. Нормальная температура воды от ТН составляет 35…40 градусов, котлы здесь явно выигрывают. Отсюда рекомендация производителей: подключайте оборудование к низкотемпературному отоплению – водяным теплым полам.

Какой ТН лучше собирать

Формулируем задачу: нужно построить самодельный тепловой насос с наименьшими затратами. Отсюда вытекает ряд логичных выводов:

  1. В установке придется использовать минимум дорогостоящих деталей, поэтому достичь высокого значения COP не удастся. По коэффициенту производительности наш аппарат проиграет заводским моделям.
  2. Соответственно, делать чисто воздушный ТН бессмысленно, проще пользоваться инверторным кондиционером в режиме обогрева.
  3. Чтобы получить реальную выгоду, нужно изготавливать тепловой насос «воздух – вода», «вода-вода» либо строить геотермальную установку. В первом случае можно добиться COP около 2—2.2, в остальных – достичь показателя 3—3.5.
  4. Без контуров напольного отопления обойтись не удастся. Теплоноситель, нагретый до 30—35 градусов, несовместим с радиаторной сетью, разве только в южных регионах.

Прокладка внешнего контура ТН к водоему

Замечание. Производители утверждают: инверторная сплит-система функционирует при уличной температуре минус 15—30 °С. В действительности эффективность обогрева существенно снижается. По отзывам домовладельцев, в морозные дни внутренний блок подает еле теплый поток воздуха.

Для реализации водяной версии ТН необходимы определенные условия (на выбор):

  • водоем за 25—50 м от жилища, на большем расстоянии потребление электричества сильно вырастет за счет мощного циркуляционного насоса;
  • колодец либо скважина с достаточным запасом (дебетом) воды и место для слива (шурф, вторая скважина, сточная канава, канализация);
  • сборный канализационный коллектор (если вам позволят туда врезаться).

Расход грунтовых вод рассчитать нетрудно. В процессе отбора теплоты самодельный ТН понизит их температуру на 4—5 °С, отсюда через теплоемкость воды определяется объем протока. Для получения 1 кВт тепла (дельту температур воды принимаем 5 градусов) нужно прогнать через ТН около 170 литров в течение часа.

На отопление дома площадью 100 м² потребуется мощность 10 кВт и расход воды 1.7 тонны в час — объем впечатляющий. Подобный тепловой водяной насос сгодится для небольшого дачного домика 30—40 м², желательно – утепленного.

Способы отбора теплоты геотермальным ТН

Сборка геотермальной системы более реальна, хотя процесс довольно трудоемкий. Вариант горизонтальной раскладки трубы по площади на глубине 1.5 м отметаем сразу – вам придется перелопатить весь участок либо платить деньги за услуги землеройной техники. Способ пробивки скважин реализовать гораздо проще и дешевле, практически без нарушения ландшафта.

Простейший тепловой насос из оконного кондиционера

Как нетрудно догадаться, для изготовления ТН «вода – воздух» потребуется оконный охладитель в рабочем состоянии. Очень желательно купить модель, оборудованную реверсивным клапаном и способную работать на обогрев, иначе придется переделывать фреоновый контур.

Совет. При покупке б/у кондиционера обратите внимание на шильдик, где отображены технические характеристики бытового прибора. Интересующий вас параметр – производительность аппарата по холоду (указывается в киловаттах или Британских тепловых единицах – BTU).

При некоторой доле везения вам даже не придется выпускать фреон и перепаивать трубки. Как переделать кондиционер в тепловой насос:

  1. Снимите верхний кожух агрегата и открутите внешний теплообменник от поддона. Аккуратно отодвиньте радиатор, стараясь не перегибать трубки с хладагентом.
  2. Снимите наружную крыльчатку с общего вала.
  3. Изготовьте металлический бак по длине внешнего теплообменника, ширину сделайте на 10—15 см больше. В боковые стенки врежьте штуцеры подачи проточной воды.
  4. Чтобы радиатор не обмерзал, увеличьте площадь обмена, добавив по бокам пластины из меди либо алюминия (в зависимости от материала теплообменника).
  5. Погрузите радиатор в бак, желательно без разрезания фреоновых трубок. Сделайте герметичную крышку и уплотните вводы контура.
  6. Подсоедините к штуцерам шланги подачи и отбора воды, подключите циркуляционные насосы. Наполните и проверьте бак на герметичность.

Рекомендация. Если теплообменник не удается поместить в резервуар без нарушения фреоновых магистралей, постарайтесь эвакуировать газ и разрезать трубки в нужных точках (подальше от испарителя). После сборки водяного теплообменного узла контур придется спаять и заправить фреоном. Количество хладагента тоже указано на табличке.

Теперь остается запустить самодельный ТН и отрегулировать водяной поток, добиваясь максимальной эффективности. Обратите внимание: импровизированный отопитель использует полностью заводскую «начинку», вы только переместили радиатор из воздушной среды в жидкую. Как система работает вживую, смотрите на видео мастера–умельца:

Тепловые насосы для отопления вашего дома

Тепловой насос – это устройство, которое может обеспечивать вашему дому отопление зимой, охлаждение летом и производство горячей воды круглый год.

Тепловой насос использует энергию возобновляемых источников – нагретого воздуха, земли, скальных пород или воды – для производства тепловой энергии. Это преобразование осуществляется с помощью особых веществ – хладагентов.

Принцип действия теплового насоса

Конструктивно любой тепловой насос состоит из двух частей: наружной, которая «забирает» тепло возобновляемых источников, и внутренней, которая отдает это тепло в систему отопления или кондиционирования вашего дома. Современные тепловые насосы отличаются высокой энергоэффективностью, что в практическом плане означает следующее – потребитель, т.е. владелец дома, используя тепловой насос, тратит на обогрев или охлаждение своего жилища, в среднем, всего четверть тех денег, которые он потратил бы, если теплового насоса не было.

Иначе говоря, в системе с тепловым насосом 75% полезного тепла (или холода) обеспечивается за счет бесплатных источников – тепла земли, грунтовых вод или нагретого в помещениях и выбрасываемого на улицу использованного воздуха.

Рассмотрим, как действует, пожалуй, самый популярный в быту тепловой насос, работающий за счет тепла земли. Работа теплонасоса происходит в несколько циклов.

Цикл 1, испарение

Наружная часть «земляного» теплового насоса представляет собой замкнутую систему труб, зарытых в землю на определенную глубину, где температура круглый год стабильна и составляет 7-12°C. Чтобы «собрать» достаточное количество энергии земли, требуется, чтобы общая площадь, занимаемая системой подземных труб, была в 1,5-2 раза больше всей отапливаемой площади дома. Эти трубы заполнены хладагентом, который нагревается до температуры земли.

Читать еще:  Как настроить балансировочный клапан для системы отопления?

Хладагент имеет очень низкую температуру кипения, поэтому способен прейти в газообразное состояние уже при температуре грунта. Далее этот газ поступает в компрессор.

Популярные модели

Цикл 2, сжатие

Именно этот компрессор и расходует всю необходимую для работы теплового насоса энергию, но по сравнению, к примеру, с отоплением от газового котла, эти затраты заметно ниже. К сравнению затрат мы вернемся позже.

Итак, нагретый до температуры 7-12°C газообразный хладагент из подземных труб в камере компрессора сильно сжимается, что приводит к его резкому нагреву. Чтобы понять это просто вспомните, как нагревается обычный велосипедный насос, когда вы накачиваете шины. Принцип тот же самый.

Хозяину на заметку

«Тепловой насос – современное отопление. Но реальные значения эффективности теплонасосов зависят от температурных условий, т.е. в холодные дни их эффективность падает. Она составляет порядка 150% при температуре −20 °C, и порядка 300% при температуре источника +7 °C».

Цикл 3, конденсация

После цикла сжатия, мы получили горячий пар под высоким давлением, который подается уже во внутреннюю, «домашнюю» часть теплового насоса. Теперь этот газ может быть использован для системы воздушного отопления или для нагрева воды в системе водяного отопления и горячего водоснабжения. Также этот горячий пар может применяться с системой «теплый пол».

Отдавая тепло в систему отопления, горячий газ охлаждается, конденсируется и превращается в жидкость.

Цикл 4, расширение

Эта жидкость поступает в расширительный клапан, где ее давление понижается. Теперь жидкий хладагент низкого давления снова направляется в подземную часть для нагрева до температуры земли. И все циклы повторяются.

Эффективность использования тепловых насосов

На каждый 1 кВт электроэнергии, потребляемой тепловым насосом для работы его компрессора, в среднем, вырабатывается около 4 кВт полезной тепловой энергии. Это соответствует 300% эффективности.

Сравнение отопления с помощью теплового насоса с другими способами.

Данные представлены Европейской ассоциацией тепловых насосов (EHPA)

Следует понимать, что показатели эффективности тепловых насосов отличаются, в зависимости от конкретных условий, в которых действует ваше устройство. Так, если вы используете «земляной» тепловой насос, и у вас на участке глинистая почва, то эффективность теплонасоса будет примерно вдвое выше, чем если бы трубы теплового насоса лежали в песчаном грунте.

Также следует помнить, что укладка подземной части должна осуществляться ниже отметки промерзания грунта. Иначе тепловой насос работать вообще не будет.

Реальные значения эффективности тепловых насосов зависят от температурных условий, т.е. в холодные дни их эффективность падает. Она составляет порядка 150% при температуре −20 °C, и порядка 300% при температуре источника +7 °C. Но технологии не стоят на месте – современные модели отличается большей энергоэффективностью, причем эта тенденция сохраняется.

Тепловые насосы для охлаждения дома

По своему принципу действия тепловой насос аналогичен холодильным агрегатам или чиллерам. Поэтому в летнее время он может применяться не для обогрева дома, а для его охлаждения или кондиционирования. Вспомним, что, если речь идет о «земляном» теплонасосе, то температура грунта стабильна в пределах 7-12°C круглогодично. И с помощью теплового насоса она может передаваться в помещения дома.

Принцип работы системы охлаждения с помощью теплового насоса аналогичен системе отопления, только вместо радиаторов используются фанкойлы. При пассивном охлаждении теплоноситель просто циркулирует между фанкойлами и скважиной, т.е. холод из скважины напрямую поступает в систему кондиционирования, но сам компрессор при этом не работает. Если пассивного охлаждения недостаточно, включается компрессор теплового насоса, который дополнительно охлаждает теплоноситель.

Типы тепловых насосов

Бытовые тепловые насосы бывают 3-х основных типов, различающихся по внешнему источнику тепла:

  • «земляные» или «грунт-вода», «грунт-воздух»;
  • «водяные» или «вода-вода», «вода-воздух»;
  • «воздушные» или «воздух-вода», «воздух-воздух».

«Земляные» тепловые насосы

Самые популярные – это тепловые насосы, использующие тепло земли. О них уже шла речь выше. Это самые эффективные, но и самые дорогие из всех типов. Трубы, уходящие под землю, могут располагаться вертикально или горизонтально. В зависимости от этого, «земляные» тепловые насосы делятся на вертикальные и горизонтальные.

Другие публикации TopClimat.ru по теме
Что такое тепловой насос
Конвектор + тепловой насос = новые возможности

Вертикальные тепловые насосы требуют погружения труб, по которым циркулирует хладагент на значительную глубину: 50-200 м. Правда, есть альтернатива – сделать не одну такую скважину, а несколько, но более «мелких». Расстояние между такими скважинами должно быть не менее 10 м. Чтобы рассчитать глубину бурения, можно грубо прикинуть, что тепловой насос мощностью 10 кВт потребует скважины (одну или несколько) общей глубиной около 170 м. Следует также помнить, что бесполезно бурить очень мелкие – менее 50 м – скважины.

При горизонтальной укладке дорогостоящее бурение на большую глубину не требуется. Глубина заложения трубопроводов при этом способе – около 1 м, в зависимости от региона установки эта величина может как уменьшаться, так и увеличиваться. Труба с хладагентом при этом способе укладывается так, чтобы расстояние между соседними участками было не менее полутора метров, иначе сбор тепла не эффективен.

Хозяину на заметку

«Если вы живете в зоне умеренного климата – например, на Северо-Западе – то наиболее эффективный вариант для вас – тепловой насос, использующий тепло земли. Причем, лучше установить вертикальный вариант теплонасоса – особенно, если ваш дом находится на скальных породах».

Для установки теплового насоса мощностью 10 кВт необходима общая длина зарытой трубы порядка 350-450 м. Если принять во внимание ограничения, связанные с соседством разных участков между собой, то вам понадобится участок земли с размерами 20 на 20 метров. Есть ли такой свободный участок в наличии – большой вопрос.

Как выбрать нужный тепловой насос

Если вы живете в зоне умеренного климата – например, на Северо-Западе – то наиболее эффективный вариант для вас – тепловой насос, использующий тепло земли. Причем, лучше установить вертикальный вариант теплонасоса – особенно, если ваш дом находится на скальных породах, где найти свободный обширный участок земли проблематично. Но такой тип теплового насоса наиболее дорог по сумме капитальных затрат.

В зоне с мягким климатом – например, в Сочи – можно установить тепловой насос «воздух-вода», который не требует чрезмерных капитальных затрат и особенно эффективен в местности, где сезонные колебания температур сравнительно невелики.

В зависимости от принципа действия, бывают электрические тепловые насосы и газовые тепловые насосы. Более популярны модели, работающие от электричества.

Еще одно важное замечание. Хорошей идеей являются комбинированные модели тепловых насосов, которые совмещают классический вариант теплонасоса с газовым или электрическим нагревателем. Такие нагреватели могут применяться при неблагоприятных погодных условиях, когда эффективность теплового насоса снижается. Как уже говорилось, особенно снижение эффективности свойственно тепловым насосам «воздух-вода» и «воздух-воздух».

Комбинация этих двух источников тепла позволяет снизить стоимость капитальных затрат и увеличить срок окупаемости теплонасосной установки.

Преимущества и недостатки тепловых насосов

Главным достоинством тепловых насосов являются их низкие эксплуатационные расходы. Т.е. стоимость произведенного тепла или охлаждения для конечного потребителя является самой низкой по сравнению с другими способами отопления/кондиционирования. Кроме этого, система с тепловым насосом практически безопасна для дома. Следовательно, упрощаются требования к системам вентиляции его помещений и повышается уровень пожарной безопасности. Что также положительно влияет на стоимость установки этих систем.

Тепловые насосы просты в эксплуатации и весьма надежны, а еще – практически бесшумны.

Еще один плюс – вы легко можете переключить тепловой насос с отопления на охлаждение в случае необходимости. Нужно лишь иметь дома не только отопительные радиаторы, но и фанкойлы.

Но есть у них и минусы, главный из которых является оборотной стороной главного плюса – капитальные затраты на их установку весьма существенны. Еще одним недостатком тепловых насосов до недавнего времени была сравнительно низкая температура теплоносителя – не более 60 C. Но последние разработки дали возможность устранить этот недостаток. Правда, и цена на такие модели выше, чем на стандартные.

Отопление дома тепловым насосом «воздух-воздух»

Отопление дома воздухом — технология, исключающая посредников в передаче тепла. С применением теплового насоса КПД системы вырастает в 2–3 раза, но применимы ли подобные системы в реалиях российского климата? Сегодня мы расскажем о воздушных насосах и устройстве систем отопления с их применением.

Принцип работы и слабые места

Воздушные тепловые насосы могут служить как простейшим средством локального обогрева, так и являться ядром централизованной системы отопления. Их главное преимущество — полная независимость от других инженерных коммуникаций дома за исключением разве что электрической сети. Таким образом, монтаж системы воздушного обогрева возможен на любом этапе строительства, и даже после его окончательного завершения.

Основную работу внутри тепловых насосов выполняет хладагент. Это вещество имеет очень низкую температуру кипения, вплоть до -30 ºС. При испарении жидкость поглощает энергию, при конденсации — выделяет её во внешнюю среду. Конденсироваться естественным путём пары хладагента не могут, для этого в работу включается компрессор, повышающий давление и «выжимающий» температуру. Таким образом происходит переохлаждение уличного воздуха, к примеру, от -5 до -15 ºС, а оставшаяся дельта в 10 ºС возвращается внутрь дома в виде полезного тепла.

Устройство теплового насоса «воздух-воздух»: 1 — наружный воздух; 2 — внешний теплообменник; 3 — наружный блок; 4 — компрессор; 5 — внутренний блок; 6 — тёплый внутренний воздух; 7 — внутренний теплообменник; 8 — терморегулирующий вентиль

Конечно, всё не так радужно, как описывают производители отопительного оборудования. Реальная эффективность системы ограничена двумя факторами:

  1. Температура кипения хладагента определяет границу, при которой тепловой насос в принципе способен работать. Большинство устройств способны генерировать при уличной температуре от -5 до -15 ºС, наиболее дорогостоящие (Zubadan) работают вплоть до -25 ºС. В сложных нагревательных комплексах на основе тепловых насосов может использоваться дополнительный испаритель во внешнем блоке.
  2. Коэффициент преобразования (COP) определяет отношение выдаваемой тепловой мощности к приложенной электрической. Реальное значение коэффициента обратно пропорционально разнице температур воздуха внутри здания и на улице. Таким образом, при сильном морозе производительность ТН существенно ниже.

Экономия от теплового насоса и область применения

Любая технология, способная извлечь дополнительные ватты энергии помимо затраченных, уже подразумевает существенную экономию. Вопрос стоит лишь в стоимости оборудования и сроках, за которые оно себя окупит.

Подсчитать несложно: возьмите расчётные показатели теплопотерь дома, разделите на среднее значение СОР с учётом средней температуры уличного воздуха в отопительный период и полученное значение мощности умножьте на стоимость того типа энергоносителя, который мог бы использоваться при ином типе обогрева.

Читать еще:  Металлопласт или полипропилен что лучше для отопления?

При стоимости порядка 3500–4000 рублей за каждый м 2 отапливаемой площади воздушные тепловые насосы имеют срок окупаемости порядка 20–30 лет, что вдвое выше гарантированного срока эксплуатации оборудования. Впрочем, всегда нужно делать поправку на постоянное удорожание энергоносителей и потенциальную возможность разработки новых, более эффективных хладагентов.

Однако существуют ситуации, когда экономию от установки теплового насоса можно ощутить прямо сразу. Скажем, если стоимость подвода природного газа на участок составляет около 700–800 тысяч рублей, приобретение агрегата альтернативного отопления обеспечит пожизненную экономию буквально с первого дня использования. Можно возразить, что газовый котёл с успехом можно заменить электрическим, но не всегда установленной мощности городской сети достаточно для восполнения тепловых потерь дома.

Также важно понимать разницу между основной и дополнительной системой отопления. Воздушные тепловые насосы, рассчитанные на работу при плюсовых уличных температурах, по стоимости обходятся в 2–2,5 раза ниже, а экономия и комфорт от их использования в межсезонье ощутимы более чем.

Централизованные и разнесённые системы отопления

Роль теплового насоса «воздух-воздух» в бытовом применении может сводиться либо к обогреву отдельных комнат, когда нет особого смысла «гонять» основной отопительный агрегат, либо к полному переоборудованию котельной. В последнем случае электрический или газовый котёл становится резервным источником обогрева, помогая тепловому насосу справиться с экстремально низкими температурами или перебоями в энергоснабжении.

Вариант локального применения теплового насоса видится более благоразумным. Зачем городить сложную отопительную систему, если местные нагревательные приборы обеспечивают гибкую регуляцию климата, а поломка одного из них не приведёт к выхолаживанию всего здания? Однако есть ряд аргументов против такого подхода:

  1. Очень сложно направить нагретый воздух по нужному маршруту. Образуется множество холодных зон, а выход на постоянный комфортный тепловой режим требует времени.
  2. Общая эффективность нескольких агрегатов всегда ниже, чем при установке одного более мощного.
  3. Многочисленные наружные блоки испортят вид фасада, а внутренние нарушат интерьер помещений.
  4. Существуют ограничения в длительности технической трассы, связывающей внешний блок с внутренним, что затрудняет отопление помещений в центре большого здания.

Централизованный обогреватель на основе теплонасоса «воздух-воздух» требует прокладки сети воздуховодов, что особенно сложно выполнить при монолитном типе перекрытий и стен. Но есть и преимущества такой системы:

  1. Вы полностью контролируете температуру и влажность в доме.
  2. Имеется возможность очистки и обеззараживания воздуха.
  3. Полный контроль над притоком и вытяжкой вентиляции помогает снизить связанные с воздухообменом потери тепла или использовать рекуператоры.
  4. Обслуживание одного агрегата требует меньше времени, сил и средств.
  5. Работу в экстремальных режимах для одного внешнего блока организовать проще. Например, имеет смысл включать дополнительный обогрев внешнего блока при больших отрицательных температурах, вплоть до разведения рядом костра. Или, как вариант, можно наладить систему подготовки воздуха на почвенном теплообменнике.

Возможен ли монтаж своими руками

Несмотря на техническую сложность тепловых насосов, их установка может выполняться самостоятельно. Если точнее, то своими руками вы вольны провести всю «грязную работу»: прокладку технических трубопроводов и сетей питания, навеску внутренних и наружных блоков. В паспортной документации к каждому конкретному типу теплового насоса имеется исчерпывающая информация об условиях установки блоков, уклоне, протяжённости и допустимых изгибах технических трасс.

Всё, что останется впоследствии — пригласить специалиста, который проверит корректность монтажа системы и обеспечит её правильный ввод в эксплуатацию. Эти работы самому не выполнить: требуется оборудование для прочистки и обезвоздушивания системы, заправки хладагента — в целом этот процесс достаточно технологичен и сложен.

Следует подчеркнуть, что установка подобных систем кондиционирования не делается «с кондачка». Требуется детальный предварительный расчёт, в частности, необходимо определить подходящий под конкретные климатические условия класс оборудования и вычислить его достаточную мощность. Само собой, централизованное отопление на основе тепловых насосов вызывает ещё больше сложностей в проектировании и согласовании работ со строительными подрядчиками.

Долговечность системы и её обслуживание

Многих может отпугнуть заявленный производителем срок эксплуатации системы в 7–10 лет. На практике этот показатель существенно выше, просто тепловой насос может со временем терять в производительности.

В первую очередь это связано с постепенной утечкой хладагента во внешнюю среду и его загрязнение влагой и прочими примесями. На этот случай предусмотрена достаточно простая процедура обслуживания, заключающаяся в очистке теплоносителя и восполнении его концентрации.

Износ механических узлов, таких как компрессор или вентилятор, неизбежен. Однако хороший тепловой насос предусматривает возможность модульной замены составляющих его частей. Долговечность оборудования целиком определяется условиями его эксплуатации и техническим совершенством системы. Работа на пределе, периодическое обледенение внешнего блока и прочие нарушения штатного режима работы — вот что нужно исключить с самого начала, чтобы техника успела себя полностью окупить и при этом принесла в дом желанные тепло и комфорт от использования.

Тепловой насос воздух-воздух для отопления дома – плюсы и минусы

Тепловой насос воздух-воздух для отопления дома, с точки зрения простоты монтажа и стоимости оборудования – наиболее выгодный и удобный вариант.

Но такой вариант обогрева дома имеет свои особенности, плюсы и минусы. Если вы задумываетесь о покупке такого вида климатического оборудования, вам необходимо их знать. В этой публикации мы собрали все положительные и отрицательные характеристики воздушных тепловых насосов.

Что значит воздух-воздух?

Если кратко, то тепловой насос типа воздух-воздух отбирает тепло от воздуха на улице и передает его воздуху внутри помещения. Происходит это, как и у другого оборудования такого типа, за счет замкнутого цикла испарения и конденсации теплоносителя.

На практике это работает следующим образом – тепловой насос всасывает воздух из помещения, нагревает его и отдает обратно. Притока воздуха извне не происходит, разве что это не реализовано при проектировании системы вентиляции. Подробнее об этом читайте в статье Принцип работы теплового насоса воздух-воздух .

Насколько эффективен тепловой насос воздух-воздух для отопления дома?

КПД тепловых насосов и другого климатического оборудования называется COP ( Coefficient of performance ) и лежит в пределах от 1 и выше. При COP равном 1, на 1 кВт электрической энергии вы получите 1 кВт тепла, при COP = 2 – на 1 кВт электроэнергии – 2 кВт тепловой энергии и так далее.

Стоит отметить, что у воздушного теплового насоса эффективность существенно зависит от температуры вне помещения. Она снижается ночью и в холодное время года, но максимальная летом и днем. Причем у каждой модели свои характеристики и показатели COP. У некоторых он снижается до 1 при -25, а некоторые перестают работать при -5 градусах.

Поэтому некоторые считают, что использовать тепловой насос воздух-воздух для отопления дома – нецелесообразно. Но это не всегда так.

Когда выгодно использовать ТН типа воздух-воздух?

Есть пять способов получить тепловую энергию для обогрева дома:

  • Газ;
  • Твердое топливо (уголь, дрова, пеллеты);
  • Электроэнергия;
  • Солнечные коллекторы;
  • Тепловой насос.

Дороже всего обходится обогрев с помощью электричества, а дешевле всего – газом. Но не всегда есть доступ к энергоресурсам. Если дом газифицирован и цена на голубое топливо небольшая, то имеет смысл устанавливать газовый котел. Но при этом не стоит забывать, что использование любого топлива – это риск возгорания, отравления и т.д.

Если сравнивать обычные электрические конвекторы и тепловой насос для отопления частного дома, то первые выигрывают только в одном – дешевизне и простоте установки. Что касается потребления энергии – они никогда не дадут больше 1 кВт тепла на 1 кВт электроэнергии. Их имеет смысл использовать только тогда, когда нет другой альтернативы и нет средств для покупки и монтажа теплового насоса.

Эффективность воздушного теплового насоса зависит от разницы температур на улице и в доме. В определенный момент она может стать такой, что на 1 кВт затраченной электроэнергии он даст меньше 1 кВт тепла. Его энергоэффективность будет ниже, чем у конвекторов.

Плюсы тепловых насосов воздух-воздух

  • Поставить такое оборудование не намного сложнее, чем подключить холодильник или кондиционер.
  • Для установки не нужно прокладывать большой теплообменник в земле или воде.
  • Тепловой насос воздух-воздух готов к работе сразу после подключения.
  • Установка не требует регулярного обслуживания, в ней мало движущихся частей, поэтому у нее большой ресурс работы.
  • Нет необходимости устраивать систему отопления.
  • Низкая стоимость по сравнению с грунтовыми и водяными тепловыми насосами.
  • Отсутствие бака-накопителя и других вспомогательных агрегатов.

Минусы тепловых насосов воздух-воздух

  • Большая зависимость энергопотребления от температуры наружного воздуха.
  • Нужен резервный источник тепла на случай сильных морозов.
  • В сильные морозы наружный блок может обмерзать и потеруется чистить его ото льда.
  • Зависимость от электричества – без питания тепловой насос воздух-воздух не будет работать.

Особенности установки и эксплуатации

Это оборудование мало чем отличается от кондиционера, как и по принципу монтажных работ. Как и в случае с другими климатическими системами ТН может быть с одним внутренним блоком или с несколькими (мультизональным).

Как и в случае с кондиционером, тепловому насосу нужно проводить периодическую профилактику, желательно один раз в год – чистить или менять фильтра, проверять наличие и давление теплоносителя в системе, соответствие режимам работы.

Как подобрать воздушный тепловой насос?

Чтобы поддерживать комфортную температуру в помещении зимой, необходим достаточный запас мощности теплового насоса. Не все модели показывают хорошую производительность при низких температурах. Есть такие, у которых коэффициент энергоэффективности выше 1 при -30 градусах, но их стоимость слишком высока.

Еще один момент – срок службы теплонасоса. Чем он мощнее, тем меньше нагрузок испытывает при нормальном режиме работы и тем выше его моторесурс. Стандартные тепловые насосы средней ценовой категории рассчитаны в среднем на 10 лет эксплуатации в штатном режиме. Более дешевые малоизвестных марок – от 5 до 7 лет, более дорогие, премиум класса – от 15 лет и выше.

При выборе воздушного теплового насоса стоит учесть, в какое время года вы будете его использовать и при каких температурах, сколько у вас уйдет электроэнергии на его работу и за какое время он окупится. Исходя из этого и выбирать модель. Как показывает практика, тепловой насос типа воздух-воздух выгоднее использовать в дополнение к основному отоплению, а не вместо его.

В этой статье мы рассказали про тепловые нассы для отопления типа воздух-воздух. Разобрали особенности их работы, плюсы и минусы. Надеемся, публикация была полезной. Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

Тепловой насос для отопления. Практический пример, реальный опыт.

В этой статье мы рассмотрим практическое применение работы воздушного и геотермального тепловых насосов на нашем первом тестовом полигоне – дом в Ленинградской области.

Читать еще:  Водяной коллектор для отопления

Характеристики дома, отапливаемого тепловым насосом

Этот дом отапливается двумя тепловыми насосами: воздушным и геотермальным. Он имеет три этажа, общая площадь составляет 220 квадратных метров. Основание из кирпича (полтора кирпича 40 см), сделано утепление по стенам в 200 мм и кровля 300 мм. То есть сделано хорошее утепление, и теплопотери минимальные. И, нужно заметить, что утеплению нужно уделить максимум внимания, так как минимальные теплопотери позволяют добиться хорошего COP (коэффициента преобразования энергии). С чем это связано? С тем, что при маленьких теплопотерях нам не нужно поддерживать высокую температуру в отопительной системе. Так как, чем выше температура в отопительной системе, тем ниже COP.

Воздушный тепловой насос

Данный тепловой насос в среднем по теплу выдает 5-6 кВт, потребляя при этом 1,5-2 кВт. Этот показатель не стабильный, так как производительность зависит от температуры на улице, поэтому говорим о средних значениях. Также на этот показатель сильно влияет влажность. При большой влажности, воздушный тепловой насос быстро обмерзает, что провоцирует большое количество оттаек и снижает эффективность.

Два варианта отопительной системы для воздушного теплового насоса

Есть два типа установки воздушного теплового насоса, о которых бы хотелось рассказать.

Тип 1: на входе и выходе теплового насоса фреон

Тип 2: на входе и выходе теплового насоса вода или гликоль.

Давайте разберемся, есть ли существенные различия между этими двумя вариациями?

Да, конечно есть!

Компрессорные блоки воздушных тепловых насосов бывают с установленным теплообменником внутри блока, как в нашем доме, а также бывают с установкой теплообменника отдельно, внутри дома. В таком случае система не переводится на гликоль, используется только вода. Теплообменник устанавливают внутри дома, чтобы в зимние морозы система не «замерзла». Плюсы нашего типа заключаются в мобильности и автономности. В нашем примере залитый гликоль, антифриз и теплообменник расположены внутри компрессорного блока, что позволяет в короткий срок обслужить, внести какие-то изменения или что-либо заменить в устройстве. Кстати, за 6 лет работы такого еще не приходилось делать :).
Сравнительно со вторым типом – при использовании фреона, придется полностью демонтировать систему, сливать фреон, разгерметизировать и выполнить другие обязательные работы, что равно новому монтажу. Этот процесс уже гораздо более долгий и сравним с новым монтажом.

можно использовать воду

в качестве теплоносителя

чуть более дорогая заправка

чистая отопительная система

После просмотра данной таблицы у вас может возникнуть вопрос: «Насколько дороже заправка отопительной системы гликолем или антифризом?»

Конечно, цена зависит от объема системы и рассчитывается индивидуально под каждый дом. В нашем случае это примерно 50-100 рублей на литр заправки системы. Но нужно учитывать, что при этом будет происходить смазка насосов, всегда будет чистая отопительная система, что благоприятно сказывается на сроке службы системы в целом. Мы используем обычный автомобильный антифриз и система прекрасно работает, нареканий нет.

Но стоит упомянуть о небольшом минусе, если углубляться в подробности – теплоемкость воды больше, чем у гликоля, то есть эффективность по переносу больше у воды. В среднем это 15%, что является незначительным показателем, которым можно пренебречь.

Проток в отопительной системе через тепловой насос

Конкретно в нашем доме ориентировочный проток равен 0,36 куба или 360 литров в час, то есть 6 литров в минуту. Но опять же, забегая вперед, если говорить об эффективности тепловых насосов, то следует стремиться к увеличению протока. Так как в этом случае будет ниже дельта температур между подачей и обраткой. Низкая дельта температур снижает нагрузку на компрессор, что повышает эффективность работы теплового насоса. Поэтому всегда нужно добиваться максимального объема прокачиваемой жидкости. Причем ъотел бы отметить, что объем прокачиваемой воды желательно увеличивать не за счет скорости, а за счет объема, то есть увеличения сечения труб. Нужно учитвыать, что при большой скорости движения теплоносителя в системе наинается неприятный эффект «свитстящих» труб.

Какая мощность воздушного теплового насоса нужна для отопления дома?

Изначально для отопления мы использовали только воздушный тепловой насос. Два года он работал, на нем проводились разные тестирования под собственные условия, перепрошивали контроллер и выполняли другие работы. Но в морозы его было недостаточно, так как он при низких температурах (ниже -8 градусов) выдавал на то время около 3 кВт, что для дома в 220 квадратных метров недостаточно.

В параллель к воздушному тепловому насосу стоит электрический котел на 5 кВт, который управляется через контроллер. Он включается во время оттаек, догревает систему при необходимости и является необходимым устройством для перестраховки.

Контроллер воздушного теплового насоса и устройство системы отопления

На данной фотографии изображен общий вид. Как видно, здесь у нас запитаны все этажи. На каждый этаж стоят свои отдельные коллекторы, и каждый этаж снабжен своим циркуляционным насосом.

На текущий момент осмотра у нас следующие показатели, при температуре на улице -2 градуса: 15 градусов дельта, црикуляция 6 литров в час, потребление 1,7 кВт. Получается COP порядка 3-х, что очень даже неплохой результат. Но сейчас температура завышенная, обычно температура отопления около 30-35 градусов, так как дом хорошо утеплен и в полах достаточно температуры 27-30 градусов для того, чтобы в доме была температура в среднем 24-25 градусов.

Тепловой насос в помещениях с большим количеством окон и большими теплопотерями

В нашем доме таким помещением является зимний сад. Он тоже полностью отапливается с помощью тепловых насосов. Как ранее и говорили, на каждом этаже стоит свой коллектор.

Как видно на фотографии, здесь на коллекторе запитан фан-койл водяной. Отличие его в том, что он именно водяной, а не фреоновый. С помощью пульта программируется время работы и уровень температуры. И за счет того, что он такой переразмеренный, достаточно температуры в 30 градусов, чтобы поддерживать 20-27 градусов в зимнем саду всю зиму.

Геотермальный тепловой насос

В самом начале было сказано, что у нас в доме установлено два типа тепловых насосов: воздушный и геотермальный. Как так получилось? Да очень просто. Спустя два года после устанвоки воздушного теплового насоса решили подводить воду в дом, пробурили скважину. На редкость она оказалась щедрой, воды очень много, она чистая и теплая, +8-9 градусов круглый год. На основании этого появилась идея сделать геотермальный тепловой насос, который будет отапливать дом.

Теперь у нас при температуре до +5 градусов используется воздушный тепловой насос, а когда наступают холода, начинаем использовать геотермальный тепловой насос. Получается, что первый используется четыре месяца в году, а второй – пять месяцев в году. Работают они вместе слаженно, без высоких нагрузок на каждый насос, дом отапливается хорошо и стабильно без помощи электрокотла.

Какие недостатки у геотермального теплового насоса?

У геотермального теплового насоса есть один существенный недостаток — монтаж и высокая общая стоимость. Но из плюсов – эффективность, которая однозначно в 2 раза выше в среднем за сезон, относительно воздушного насоса.

У нашего геотермального насоса коэффициент преобразования (COP) получается 3,6-3,8, с учетом подъема воды с 26 метров, у воздушного средний за год – около 2-х. Но при температуре +5-10 градусов воздушный выдает коэффициент порядка 3,5-4, что очень эффективно позволяет его использовать в таких условиях.

Особенности установки геотермального теплового насоса

Конкретно у нас установлена отсрочка по времени для запуска теплового насоса, чтобы дать воде пройти через теплообменник, так как в ином случае она может замерзнуть. Плюс установлен частотник для плавного пуска геотермального насоса, на 42 герца.

Тепловой насос и батареи

Многие клиенты задаются вопросом: нужно ли устанавливать тепловой насос, если в доме, который плохо утеплен, есть батареи?

Теоретически тепловой насос в такие дома установить можно, но делать это не желательно. Как правило, температура подачи в такие системы отопления составляет около 60 градусов по Цельсию, но для теплового насоса это неэффективный режим, потому что в этом случае COP заметно снижается. Оптимальная температура для работы насоса – это 40-45 градусов. Если получается сделать еще ниже данной температуры – еще лучше.

Эффективность теплового насоса прямо пропорциональна отбираемой температуре: чем холоднее на улице, чем холоднее низкопотенциальный источник температуры, тем выше мы греем, тем коэффициент преобразорвания теплового насоса будет ниже. Физику не обмануть, а вот клиента обмануть можно, рассказывая о нереально больших значениях COP при любых условиях.

Контроллер управления геотермальным тепловым насосом

Ранее мы уже говорили, что после того, как пробурили скважину, появилась идея сделать геотермальный тепловой насос. Но у вас же только одна скважина — скажите вы. Ведь нельзя же в нее сливать воду теплового насоса, так как можно заморозить скважину. Это верно, но нам повезло, так как рядом есть маленький ручей прямо перед домом. Получается, вода приходит с температурой +8-9 градусов, а сброс у нас в ручей с температурой воды +6-7 градусов.

Два градуса разницы есть из-за большого протока, так как насос, который стоит в скважине, очень мощный. Можно, конечно, и больше снимать воды, но нужно и дом чем-то снабжать, а два насоса в одну скважину не поставишь. Скважина глубокая, но поднимать воду все равно необходимо, поэтому в этом случае работа происходит несколько в ущерб коэффициенту преобразования, но в итоговом результате получаем все равно эффективную и экономную систему.

Потребляет такой насос на 42 герцах 3,3 кВт и выдает 12 кВт по теплу. С учетом подъема воды КОП равен примерно 3,3-3,7.

Данный насос был включен в октябре, на отопление дома в 220 квадратных метров расходуется 600 ватт в час. При стоимости кВт, равного 5 рублям, получается расход в сутки 70 рублей и 2000 рублей в месяц соответственно. Но когда будут морозы, как уже показал опыт прошлых лет, в самый сильный мороз такой насос может расходовать до 4000 рублей в месяц. Исходя из этих данных каждый может рассчитать, какая экономия будет для его дома.

Вывод: эффективен ли тепловой насос?

Сегодня мы постарались максимально подробно Вам рассказть об устройстве тепловых насосов и их эффективности. Насколько нужна эта технология — решать Вам, а мы свое решение уже приняли 🙂

Купить тепловой насос

Ну а мы, как большие любители тепловых насосов, конечно, предлагаем услуги по установке воздушных и геотермальных тепловых насосов под ключ. Конечно, нельзя сказать точные цены и сроки для каждого объекта, поэтому здесь приведены ориентировочные цены.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector
Тип 1: фреон Тип 2: гликоль/антифриз
+ +
сложность демонтажа мобильность
автономоность