Тепловой насос для горячей воды
Ardenergy.ru

Канализация и водоснабжение

Тепловой насос для горячей воды

Реальный опыт эксплуатации теплового насоса «воздух-вода»

Постоянный рост цен на энергоносители заставляет собственников загородной недвижимости задуматься, как сократить затраты на отопление. Один из вариантов — построить утеплённый дом с минимальными теплопотерями. Второй шаг — смонтировать низкотемпературную систему отопления. Третье — нагреть теплоноситель тепловым насосом класса «воздух-вода». На первый взгляд кажется, что это — неоправданно дорогое решение, а воздушный тепловой насос будет неэффективно работать зимой. Проверим, так ли это, на примере пользователей FORUMHOUSE, которые установили в доме тепловые насосы.

  • Отопление зимой тепловым насосом «воздух-вода» — миф или реальность
  • Сколько тепла вырабатывает тепловой насос «воздух-вода» при отрицательных температурах
  • Выводы и рекомендации

Тепловой насос «воздух-вода» — реальные факты

Этот вид теплового оборудования вызывает массу споров. Пользователи делятся на два лагеря. Одни считают, что, для отопления дома, ничего лучше не придумано. Другие полагают что, из-за дороговизны тепловых насосов (ТН) и суровых климатических условий во многих регионах РФ, первоначальные вложения не отобьются. Выгоднее положить деньги в банк, а, на полученные проценты, отапливать дом электричеством. Как всегда, истина посередине. Забегая вперёд скажем, что, в статье речь пойдёт только о тепловых насосах «воздух-вода». Сначала немного теории.

Источники тепла для теплового насоса:

Важный момент: Тепловой насос не производит тепло. Он перекачивает тепло из внешней среды к потребителю, но, чтобы тепловой насос функционировал, требуется электричество. Эффективность работы теплового насоса выражается в соотношении перекаченной тепловой энергии к потреблённой из электрической сети. Эта величина называется коэффициент трансформации теплоты COP (coefficient of performance). Если в технических характеристиках теплового насоса заявлено, что COP = 3, то, это означает, что ТН перекачает в три раза больше тепла, чем «возьмёт» электричества.

Кажется, что вот оно, — решение всех проблем — условно говоря, потратив за один час 1 кВт электричества мы, за это время, получим 3 киловатт-часа тепла для системы отопления. В действительности, т.к. речь идёт о воздушных тепловых насосах с внешним блоком, установленным снаружи дома, коэффициент трансформации за отопительный сезон будет варьироваться в зависимости от температуры на улице. В сильные морозы (-25 — -30 °C и ниже) СОР воздушника падает до единицы.

Это останавливает загородных жителей от установки тепловых насосов «воздух-вода» — оборудования, в котором перекаченное тепло используется для нагрева жидкого теплоносителя. Люди считают, что для наших условий — не южных регионов страны, лучше всего подходят геотермальные тепловые насосы с закопанным в землю грунтовым теплообменником — системой труб, уложенных горизонтально или вертикально.

Я часто сталкиваюсь с мифом, что тепловой насос «воздух-вода» неэффективен в морозы, а вот геотермальный ТН — самый то. Сравните коэффициент трансформации теплоты оборудования весной. Геотермальный контур после зимы истощен. Хорошо если там температура около 0 градусов. А вот воздух уже достаточно прогрет. Потребность в тепле уменьшается, но не пропадает летом, т.к. горячее водоснабжение нужно круглый год. Геотермальные ТН отлично подходят для регионов с суровой зимой и длительным отопительным периодом. Для Южного федерального округа и Московской области ТН «воздух-вода» показывает сравнимый с геотермальником среднегодовой СОР.

Можно ли дешево отопить загородный дом зимой тепловым насосом «воздух-вода»

Я инженер. С 2003 года профессионально занимаюсь промышленными холодильниками и климатическими системами и поэтому в теме ТН. В феврале 2017 года я купил дом без внутренней отделки в пригороде Воронежа. Встал вопрос, как отопить коттедж. Была возможность за 400 тыс. руб. завести на участок магистральный газ. Но я выбрал тепловой насос «воздух-вода». На покупку потратил 8 тыс. евро и ничуть не жалею об этом.

Прежде, чем рассказать об эксплуатационных затратах Bavares36 и выгоде использования теплового насоса, опишем, а это важно знать, конструктив дома:

  • Отапливаемая площадь двухэтажной «коробки» 130 кв. м.
  • «Пирог» стен — панели из арболита толщиной 3.5 см, монолитный сердечник цемент + опилки — 25 см, несъёмная опалубка — пенопласт толщиной 9 см, отделка — декоративная штукатурка 0.5 см. Итого: общая толщина стены – 38 см.
  • Перекрытие второго этажа деревянное.
  • Крыша утеплена пенопластом толщиной 14 см.
  • В доме, на первом и втором этаже, установлены большие окна в пол.
  1. Отопление.
  • На первом этаже дома смонтировано 8 контуров низкотемпературной системы отопления — тёплый пол (6 контуров) и теплые стены (2 контура).
  • На втором этаже 6 отопительных контуров. Два контура теплых стен. Теплый пол в ванной и три контура в комнатах.
  1. Система ГВС.
  • В доме два санузла. Водопотребители — ванная, душ + мойка на кухне.
  • В системе ГВС стоит циркуляционный насос.
  • Дополнительно в доме, в санузлах, установлены полотенцесушители.

Для теплоснабжения дома используется тепловой насос «воздух-вода». Оборудование смонтировано и запущено 5 октября 2017 года. Важный нюанс! У ТН «воздух-вода» основная цена приходится на внутренний блок, т.к. в нём находятся: ТЭНы для нагрева воды для ГВС и для дополнительного нагрева теплоносителя в сильные морозы, теплоаккумулятор и прочее оборудование.

Переходим к цифрам. За шесть месяцев отопительного сезона Bavares36 потребил, по данным выделенного на ТН электросчётчика, электроэнергии:

  • октябрь – 1000 кВт*ч;
  • ноябрь -1000 кВт*ч;
  • декабрь – 1000 кВт*ч;
  • январь – 1700 кВт*ч;
  • февраль – 1900 кВт*ч;
  • март – 1900 кВт*ч.

Итого, общее потребление, с октября по март, составило 8500 кВт*ч. Тариф на электроэнергию – 2.52 руб. за 1 кВт*ч. Теперь считаем сколько заплатил пользователь за отопительный сезон включая ГВС: 8500х2.25= 21420 рублей.

За теплый период (с апреля по сентябрь включительно) счетчик теплового насоса «намотал» порядка 2500 киловатт-часов. Т.е. — 6300 руб. Итого, за календарный год, затраты на отопление и горячее водоснабжение – 27720 рублей. Я считаю, что тепловой насос «воздух-вода» отлично подходит для моих климатических условий. ТЭНы подключались периодически, при большом потреблении воды и при морозах -25 градусов Цельсия. А это всего две недели за зиму.

Для полноты картины приведём наблюдения пользователей портала, также эксплуатирующих тепловые насосы «воздух-вода».

У меня дом площадью 250 кв. м построенный из газобетона. Толщина газосиликатных блоков – 300 мм. Стены снаружи утеплены каменной ватой толщиной 10 см и оштукатурены. На первом этаже смонтированы теплые полы. Установленная температура +23 °C. На втором этаже радиаторы. Температуру выставил +24 °C.

Сначала пользователь отапливал дом электрокотлом мощностью 24 кВт. Потом, коттеджей в поселке стало больше, и начались проблемы с подачей электричества. Vovanadm поставил твердотопливный котел мощностью 30 кВт. Но ему быстро надоело быть кочегаром. В итоге пользователь установил тепловой насос «воздух-вода». Почему? Не нужно копать или бурить землю на участке под грунтовый теплообменник. ТН потребляет 2.35 кВт в час. СОР в отопительный сезон 3. Это дешевле, чем отапливать дом электричеством. Далее пользователь хочет перейти на дневной-ночной тариф. Ниже прилагаются фото со смонтированной системой и потреблёнными киловатт-часами с конца сентября по конец октября.

Воздушные тепловые насосы для отопления и ГВС

Воздушные тепловые насосы забирают низкопотенциальное тепло у наружного воздуха, трансформируют его в высокопотенциальное за счет работы компрессора и передают теплоносителю (воздух, вода, антифриз) системы отопления или горячего водоснабжения (ГВС).

Н есмотря на высокий коэффициент трансформации (COP), характеризующий энергоэффективность системы, воздушные тепловые насосы не очень востребованы на российском рынке. Основная причина этого – укоренившееся мнение о резком снижении эффективности этого оборудования при низких температурах наружного воздуха, характерных для России в зимний период, как раз тогда, когда тепло пользователю наиболее необходимо.

Во многом это мнение основано на том, что воздушный тепловой насос принципиально представляет собой мощный кондиционер, а обогрев с помощью этого типа оборудования действительно эффективен для большинства моделей при температуре не ниже –10 о С на улице. Однако сегодня ведущие производители климатического оборудования обычно имеют в своих линейках модели «воздух/воздух» и «воздух/вода», способные работать на обогрев помещений при температурах воздуха на улице до –20 о С, именно такие модели и принято позиционировать на рынке в качестве воздушных тепловых насосов. А в последние годы на российском рынке появились воздушные тепловые насосы, эффективные для работы на обогрев при температуре среды до –25 °С. Но температура ожижения фреона R410A при атмосферном давлении – около –52 °C. И если при использовании воздушных тепловых насосов в северных регионах страны еще можно вести речь о каких-то ограничениях, связанных с низкой (ниже – 30 ˚С) температурой внешней среды, то для средней полосы причин для ограничений по причине возможного замерзания промежуточного теплоносителя (хладагента) нет. Основным же ограничением в сознании пользователя выступает снижение эффективности кондиционера (он же, по мнению пользователя, тепловой насос) при работе в условиях низких температур внешней среды. Действительно, с понижением наружной температуры СОР воздушных тепловых насосов снижается, причем есть температурный порог – минимум, ниже которого нет смысла их использовать. Но до каких именно пороговых температур современные воздушные тепловые насосы могут сохранять работоспособность, пока официально не зафиксировано. Поэтому и потребителям сложно принять обоснованное решение об установке такой, сравнительно новой для отечественного рынка техники.

По исследованиям, нижняя граница для применения воздушных тепловых насосов (COP ≥ 1) находится в районе меньше – 30 °C. Такой температурный порог позволяет говорить о потенциальной возможности применения этих установок и в северных регионах России. Это подтверждается проведенным в Норвегии исследованием, показавшем, что в умеренно холодном регионе использование воздушных тепловых насосов позволяет сэкономить почти на 20 % больше энергии, чем в теплом – там меньше период использования теплового насоса для отопления. Обычно такие насосы, позиционируемые как основные отопительные системы, комплектуются дополнительными источниками тепла – ТЭНами или котлами, включающимися лишь при пиковом теплопотреблении, в очень холодные периоды. Практически все эти модели оборудованы инверторными электродвигателями.

Читать еще:  Как установить греющий кабель снаружи трубы?

В данном обзоре с акцентом на новинки представлены некоторые бытовые модели воздушных тепловых насосов от производителей, чья продукция реализуется на российском рынке.

Daikin

Один из крупнейших производителей климатической техники компания Daikin (Япония) запустила в продажу тепловой насос «воздух/вода», работающий на хладагенте R32 Neo Cute, номинальной тепловой мощностью 4 кВт. Представители Daikin Group утверждают, что они первыми в Азии приняли в качестве материала для заправки своего оборудования экологически чистый хладагент R32 с низким потенциалом глобального потепления (ПГП). Продажи 4-киловаттного теплового насоса Neo Cute начались на территории Японии с 20 февраля. Предтеча нового продукта – тепловой насос Eco Cute, которого было выпущено на конец октября 2009 г. 2 млн штук. Как и предшественник, Daikin Neo Cute имеет 320-литровый резервуар для воды и может обеспечить горячей водой 1—3 человек.

Dimplex

Низкотемпературные тепловые насосы (нагрев теплоносителя до 58 °C), работающие по схеме «воздух/вода» серий LA/ LI рассчитаны на установку как снаружи (серия LA), так и внутри помещения (серия LI) и предназначены для отопления ГВС. Рабочий диапазон температуры окружающего воздуха – от –25 до 35 ˚C. Модели серии LI комплектуются воздушным рукавом, отклоняющимся на 90°. Низкий уровень шума обеспечивается осевым вентилятором; энергосберегающее размораживание – обратной циркуляцией. Тепловые насосы комплектуются встроенными компонентами для подключения обогревающего контура, расширительным баком, циркуляционным насосом, перепускным клапаном, системой безопасности. Имеется также буферный резервуар емкостью 50 л и электрический ТЭН мощностью 2 кВт. Модели серии LA (наружная установка) могут нагревать воду до 75 ˚C, а реверсивные – также работать в режиме кондиционирования.

G-MAR

Чешская компания G-MAR является производителем тепловых насосов «воздух/вода», на российском рынке ее официальным представителем выступает компания «Рейкон». В комплект поставки теплового насоса входит тепловой насос HP 40-065(065) мощностью 24 КВт, теплообменник (конденсатор) L25-24LG, электронный блок управления (слежение за аварийными состояниями), подставка (несущая рама), комплекты охлаждения и отопления. Модельный ряд тепловых насосов HP-40 включает 4 модели номинальной тепловой мощностью 7, 11, 18 и 24 кВт. Потребляемая мощность 2, 3,2, 5, 7,8 кВт, соответственно. Уровень шума на расстоянии 1 м – 60 дБ.

GREE

Многофункциональная система «воздух/вода» с тепловым насосом Versati была представлена концерном GREE на московской выставке «Мир Климата». Система предназначена для обеспечения теплоснабжения и предусматривает подключение нескольких контуров: ГВС, радиаторного отопления, водяных тепловых полов, кондиционирования воздуха. Кроме теплового насоса, в систему входят его наружный блок, гидромодуль и водяной бак. Гидромодуль и водяной бак оборудованы также электрическими нагревателями (3 или 6 кВт в зависимости от модели гидромодуля и 3 кВт – водяного бака) для догрева воды до нужной температуры. В серии 9 моделей. Их номинальная производительность в зависимости от моделей: для теплых полов – нагрев от 6,2 до 15,0 кВт, охлаждение от 5,5 до 15,5 кВт, COP для нагрева теплого пола от 4,10 до 4,50; для системы фанкойлов и радиаторов – нагрев от 5 до 14,0 кВт, охлаждение – от 4,0 до 11,0 кВт. СОР – от 3,00 до 3,4. Температура воды: для ГВС – от +40 до + 80 оС; для системы отопления – от +25 до + 55 оС; для системы охлаждения – от +7 до +25 оС.

Кроме того, в качестве новинки компания предлагает серию моноблочных тепловых насосов «воздух/вода» Integral air to water производительностью от 2,3 до 5,0 кВт (3 модели). Модели этой серии представляют собой моноблочную конструкцию и предназначены для производства воды для ГВС. СОР – 3,0. Резервуары для воды интегрированной конструкции изготовлены из нержавеющей стали марки 304L. Медный теплообменник располагается вокруг резервуара с водой. Между корпусом и резервуаром находится слой теплоизоляции толщиной 5 см. Температура воды для ГВС – от +35 до 50 oC.

Heliotherm

Компания выпускает и поставляет на рынок тепловые насосы типа «воздух/вода» нескольких серий: сплит-системы с базовым управлением – 4 модели тепловой мощностью от 9,64 до 14,87 кВт, сплит-системы с Web контролем – 4 модели тепловой мощностью от 9,69 до 19,1 кВт; сплит-системы с Web контролем и модулируемой мощностью (4 модели) в пределах от 2,9–11,00 до 9,70–31,80 кВт. Кроме того, в линейке присутствуют 2 серии моноблочных воздушных насосов с базовым и модулируемым (3,00 – 10,1 и 50–12,90 кВт) Web управлением. COP – 4,2 и более.

Mitsubishi Electric

Предлагает воздушные тепловые насосы (воздух/воздух) в сплит исполнении с инвертором MUZ-FH VEHZ тепловой мощностью от 3,2 до 6,0 кВт. Работа в режиме нагрева до – 25 oC. Сплит-системы MUFZ-KZ VEHZ с инвертором и напольным внутренним блоком тепловой мощностью от 3,4 до 6,0 кВт. Кроме того, наружные блоки PUHZ-SHW серии ZUBADAN Inverter, которые сохраняют номинальное значение тепловой мощности при наружной температуре воздуха до – 15 oC, а работоспособность их гарантируется производителем и при – 28 oC, мощность моделей от 8,0 23,0 кВт. Также компания производит тепловые насосы «воздух/вода» PUHZ-HW, PUHZ-W со встроенным теплообменником, работающие в режиме нагрева тепловой мощностью от 5,0 до 14,0 кВт и PUHZ-SHW/SW – мощностью нагрева от 5,0 до 27,0 кВт. Кроме бытовых моделей, компания изготавливает модели тепловых насосов полупромышленной и промышленной мощности.

Octopus

В тепловых насосах серии Ice Stick шведской компании применяется теплоноситель R 290-Gasol (пропан) с температурой кипения при атмосферном давлении –42 ˚С (при его повышении – температура конденсации 64 ˚С). Тепловая мощность установок – 12–30 кВт, максимальная температура нагрева теплоносителя – 55 ˚С, масса – 105–115 кг.

RHOSS

Выпускает и поставляет на рынок инверторные тепловые воздушные насосы типа «воздух/вода» серии Electa THAI 105–116. Температура нагретой воды до 60 oC. COP более 4,2. Работа при температуре наружного воздуха до – 20 oC. Номинальная тепловая мощность моделей серии – 6,2 –15 кВт. Кроме того, поставляются реверсивные компактные тепловые воздушные насосы серий: Mini-Y NF THAE 105-111 NF номинальной тепловой мощностью 5,7–11,8 кВт (4 модели), Compact-Y THAETY 115–127 NF номинальной тепловой мощностью 16,6–30,4 кВт и Compact-Y SM TCAE–THAETY номинальной тепловой мощностью 115–130 (16,5 – 34 кВт), также работающие до наружной температуры –15 oC. Выпускает компания и широкую линейку воздушных тепловых насосов промышленной мощности.

Stiebel Eltron (Nibe)

Тепловые насосы типа «воздух/вода» WPL 10 ACS (мощностью 6,5 кВт) и WPL 13 E (мощностью 8,1 кВт) предназначены для внешней наружной установки и используются для отопления, подогрева воды и кондиционирования в жилых домах площадью до 100 м2 (10 ACS) и 120 м2 (13 E). В комплект тепловой насосной установки входит также интегрированный накопительный водонагреватель, встроенный блок управления, циркуляционный насос контура отопления и ГВС, интегрированный расширительный бак. Аккумулирующий модуль, встроенный в отопительную систему, предназначен для накопления избыточной энергии от источника тепла для дальнейшего постепенного ее расходования. В прямоточных системах без применения аккумулирующих устройств, происходит более частое включение нагревательных элементов, что приводит к увеличенному потреблению электроэнергии. Аккумулирующий модуль, включенный в состав отопительной системы, не только повышает производительность отопительной системы, но и позволяет значительно снизить затраты на ее эксплуатацию. Нагрев воды для отопления – до 60 °C.

Viessmann

В марте этого года на выставке Ecobulid компания Viessmann (Германия) представила ряд новых продуктов, в том числе новый трехфазный тепловой воздушный насос Vitocal 300 («воздух/вода») для отопления коммерческой недвижимости, отличающийся повышенной мощностью и тихой работой.

Мощность представленных моделей 10,5 или 12 кВт (однофазная версия имеет мощность 8,6 кВт). Максимальная температура теплоносителя в режиме отопления составляет +65 °С. Пакет «Все в одном» включает вентилятор с регулируемой скоростью, модулируемый компрессор, бесшумный воздуховод и автономный внешний блок. Тепловой насос характеризуется высокой эффективностью, СОР – 3,5 (воздух +2°C/вода +35°C). По уровню шума до 54 дБ(А) модель является одним из самых тихих тепловых насосов на рынке.

Тепловые насосы для дома: особенности технологии, сфера применения и стоимость оборудования

Земля – источник неисчерпаемой тепловой энергии, применение которой в быту экологично и экономно.

Нашим подписчикам — скидки на товары для отопления и водоснабжения.

Источником тепла для насосов типа “рассол/вода” является постоянно положительная температура земли.

Источником тепла для насосов типа “вода / вода” являются грунтовые воды.

Покупка и заказ монтажа тепловых насосов у официального диллера имеет ряд преимуществ:

+ 7 (495) 369-37-99
(круглосуточно)

Тепловые насосы успешно используются в быту и промышленности в Европе и США уже более 25 лет. Их особенность состоит в преобразовании так называемого низкопотенциального тепла окружающей среды: земли, воды, воздуха. На российском рынке эта экологичная технология получила распространение сравнительно недавно.

Экспериментальные поселки, которые отапливались при помощи тепловых насосов, существовали еще в Советском Союзе. То, что было смелым экспериментом в двадцатом веке, в двадцать первом – вошло в практику.

Устройство и принцип работы бытового теплонасоса

Тепловой насос – это система, с помощью которой можно переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, увеличивая температуру последнего. Тепловые насосы являются альтернативными источниками энергии, позволяющими получать дешевое тепло без вреда для окружающей среды.

Принцип работы бытового теплонасоса основан на том факте, что любое тело с температурой выше абсолютного нуля обладает запасом тепловой энергии. Этот запас прямо пропорционален массе и удельной теплоемкости тела. Если в этом контексте обратить внимание, например, на моря, океаны, подземные воды, обладающие огромной массой, можно прийти к выводу, что их грандиозные запасы тепловой энергии можно частично использовать для отопления домов без ущерба мировой экологической обстановке. «Взять» тепловую энергию какого-либо тела можно, если охладить его. Грубый расчет выделяемого при этом тепла возможен по формуле: Q = C*M*(T2 − T1), где Q − полученное тепло, C − теплоемкость, M – масса, T1 − T2 − температура, на которую было произведено охлаждение тела. Формула показывает, что при росте массы теплоносителя разница температур может быть небольшой. Например, охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0 o С, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 o С.

Читать еще:  Как включить электрический котел отопления?

Типы тепловых насосов

По виду передачи энергии тепловые насосы бывают двух типов:

  • Компрессионные. Основные элементы установки – это компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Используется цикл сжимания-расширения теплоносителя с выделением тепла. Этот тип тепловых насосов прост, высокоэффективен и наиболее популярен.
  • Абсорбционные. Это теплонасосы нового поколения, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон. Применение абсорбента повышает эффективность работы теплового насоса.

По источнику тепла выделяют тепловые насосы:

  • Геотермальные. Тепловая энергия берется из грунта или воды.
  • Воздушные. Тепло извлекается из атмосферы.
  • Использующие вторичное тепло. В качестве источника тепла используются воздух, вода, канализационные стоки.

По виду теплоносителя входного/выходного контура:

  • Тепловые насосы «воздух-воздух». Этот вид тепловых насосов забирает тепло у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, и отдает его в отапливаемое помещение.
  • Тепловые насосы «вода-вода». Используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для отопления и горячего водоснабжения.
  • Тепловые насосы «вода-воздух». Используются зонды или скважины для воды и воздушная система отопления.
  • Тепловые насосы «воздух-вода». Атмосферное тепло используется для водяного отопления.
  • Тепловые насосы «грунт-вода». Трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта.
  • Тепловые насосы «лед-вода». Для нагревания воды в системе отопления и горячего водоснабжения используется тепловая энергия, которая высвобождается при получении льда. Замораживание 100-200 л воды способно обеспечить обогрев среднего дома в течение часа.

Расчет эффективности тепловых насосов для отопления

Для того чтобы тепловой насос был эффективным, он должен давать тепловой энергии больше, чем потреблять электрической. Это соотношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может меняться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Чем холоднее снаружи, тем менее эффективна система. Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может варьироваться от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса требуется дополнительный параметр годовой эффективности.

Эффективность конкретного теплового насоса будет зависеть от множества факторов, и ее расчет достаточно сложен. Дать обобщенную формулу, которая бы работала всегда, практически невозможно. Поэтому каждый конкретный случай требует обращения к экспертам, которые в зависимости от поставленной задачи и ее условий подберут необходимый тип теплового насоса и объем хладагента.

Сферы применения и степень распространения

Тепловые насосы востребованы прежде всего в случаях, когда другие способы организации системы отопления обходятся значительно дороже. Растущая распространенность тепловых насосов на производстве и в быту связана со следующими их преимуществами:

  • Экономичность. Для передачи в отопительную систему 1 кВт•ч тепловой энергии, установке требуется в среднем затратить всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
  • Простота эксплуатации.
  • Упрощение требований к системам вентиляции помещений, повышение уровня пожарной безопасности.
  • Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования.
  • Компактность и бесшумность, что делает тепловой насос привлекательным для отопления частного дома.

По данным Европейской ассоциации тепловых насосов, до недавнего времени европейский рынок этого оборудования был в основном сосредоточен во Франции. В последние несколько лет рынки стали расширяться в Германии, Великобритании и Восточной Европе. По оценке Мирового энергетического комитета, уже в ближайшие пять лет доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов будет составлять в развитых странах не менее 75%.

Общий недостаток тепловых насосов – не очень высокая температура нагреваемой воды. Как правило, она составляет 50-60 o С.

Это интересно!

Впервые в Москве теплонасосная система горячего водоснабжения для многоэтажного дома была сдана в эксплуатацию в микрорайоне Никулино-2 в 2002 г. Проект был реализован при участии Министерства обороны РФ.

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 доме.

Объ­ем меж­ду­на­род­но­го рын­ка теп­ло­вых на­со­сов тро­е­крат­но пре­вы­ша­ет ры­нок во­ору­же­ний и со­став­ля­ет $125 мл­рд. По про­гно­зам Ми­ро­во­го энер­ге­ти­чес­ко­го со­ве­та (World Energy Council – WEC), к 2020 го­ду 3/4 со­во­куп­но­го теп­ло­с­наб­же­ния в ми­ре бу­дет обес­пе­чи­вать­ся теп­ло­вы­ми на­со­са­ми раз­лич­ных ти­пов. Стра­ны Скан­ди­на­вии уже сей­час вы­хо­дят на эти про­гноз­ные дан­ные. В США фе­де­раль­ным за­ко­но­да­тельст­вом за­креп­ле­но обес­пе­че­ние всех но­вых об­щест­вен­ных зда­ний ис­клю­чи­тель­но теп­ло­вы­ми на­со­са­ми, а пра­ви­тельст­во Гер­ма­нии да­ти­ру­ет каж­дый ки­ло­ватт ус­та­нав­ли­ва­е­мой мощ­нос­ти теп­ло­на­сос­ных сис­тем в раз­ме­ре €200. Как вид­но из при­ве­ден­ных цифр, ры­нок теп­ло­вых на­со­сов пе­ре­жи­ва­ет на­сто­я­щий бум.

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:

Сообщества › Строительство (и всё что с ним связано) › Блог › Тепловые насосы опыт эксплуатации и монтажа

Хочу поделиться опытом эксплуатации котельных на основе теплового насоса.
В эксплуатации тепловые насосы:

1) частный дом 150 м2 — Stiebel Eltron WPF 13 basic;
2) частный дом 220 м2 — Stiebel Eltron WPF 13 M + WPF 10 M;
3) частный дом 350 м2 — Danfoss DHP-S ECO 42.

В первом запускаемым в эксплуатацию насосом для оценки его эффективности работы был установлен отдельный электросчтечик для фиксации потребленной им электрической энергии. В интерфейсе теплового насоса Штибель есть учет выработанной им тепловой энергии. Не буду рассказывать принцип работы теплового насоса в интернете полно подобной информации, скажу лишь только что все объекты находятся в г. Красноярске и в качестве низкопотенциального источника тепла используется геоконтур с вертикальными скважинами.

Так же для защиты от дурака на компрессор устанавливаю реле последовательности фаз чтобы исключить вероятность его включения в неправильную сторону что может грозить компрессору выходом из строя.

В среднем скважина глубиной 50 м может дать 2 кВт тепла, это очень грубо т.к. качество геоконтрура это 80% успеха установки теплового насоса и там полно нюансов его устроства.

Тепловой насос идеально работает с теплым полом. Т.к. максимальная температура нагрева теплового насоса как правило ограничена 60 градусами и чем температура нагрева ниже тем выше эффективность его работы. СОР — это показатель эффективности работы теплового насоса (коэффициент отобранного тепла). Показывает отношение затраченной электрической энергии и полученной тепловой энергии. Так если тепловой насос греет воду до 30 градусов его СОР может достигать 4, т.е. на 1 кВт затраченной электроэнергии вы получите 4 кВт тепла и если греть воду до 60 градусов то СОР=2,5. Это приблизительные цифры у каждого конкретного теплового насоса они могут быть свои.

Так же тепловой насос греет воду для хозяйственных нужд посредством бойлера ГВС косвенного нагрева.

А вот так выглядит гео-контур теплового насоса мощностью 42 кВт.

И так когда речь заходит о тепловых насосах самый острый вопрос это окупится или не окупится? Так опыт эксплуатации дома 150 м2, за один сезон отопления тепловой насос мощностью 13 кВт потребил 6137 кВт*ч что при стоимости ээ 2,77 руб составляет 17 т.р. при этом средний СОР за весь сезон отопления составил 3,3. Так выработано тепловой энергии 20252 кВт*ч. Если отапливаться электрокотлом у которых как правило КПД 99% затраты на сезон отопления составят 56,1 т.р.
Капитальные затраты на монтаж электрокотла составят в среднем 100 т.р., тепловой насос 13 кВт с гео контуром и вспомогательным оборудованием обойдется в 1200 т.р. Не сложно посчитать что окупаемость таких вложений будет в районе 20-25 лет.
Но ! тепловой насос так же греет горячую воду круглый год соответственно на нагреве воды мы также в среднем тратим в 3 раза меньше денег а это 5-6 т.р. в год для семьи. А еще тепловой насос это бесплатный кондиционер и установив в помещении блок — фанкойл можно охлаждать помещение. т.е. не нужно покупать кондиционер и портить фасады здания некрасивыми блоками. При комплексном учете окупаемость тепловых насосов может достигать 10-12 лет. Так же сейчас есть выбор и тепловых насосов российского производства на европейских комплектующих которые на 30-40% дешевле зарубежных аналогов. Использование таких насосов позволяет получить окупаемость в 3-5 лет. Про это поговорим подробнее в следующий раз.

А так же тепловой насос позволяет отопить дом тогда когда эл. мощности недостаточно. Так дом 150 м2 для отопление необходимо 15 кВт а что делать если на участок выделено всего 15 кВт, а возиться с углем нет желания. Тепловой насос будет потреблять 5-6 кВт и у вас остается достаточно эл. мощности для питания бытовой техники и прочего оборудования. Также есть примеры мощных тепловых насосов трудящихся на пром. объектах о которых обязательно напишу в другой раз.

Напишите интересна эта тема вам? Что думаете о тепловых насосах?

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector