Тепловой насос для отопления дома – разновидности, преимущества и принцип работы
Особенность теплового насоса заключается в использовании энергии окружающей среды для обогрева помещений или кондиционирования воздуха. Альтернативный способ отопления имеет свои преимущества и набирает все большую популярность среди владельцев загородного жилья, но высокая цена конструкции и большие затраты на ее монтаж существенно сокращают количество потенциальных потребителей нетрадиционных отопительных систем.
Принцип работы
Устройство теплового насоса позволяет забирать энергию земли, а также воздуха и воды, преобразовывая ее в тепло, либо в холод, исходя из текущих потребностей владельца. При этом, в зимний период происходит обогрев дома, а в летний – его охлаждение, когда система работает как кондиционер. Кроме этого, оборудование способно обеспечить потребности домочадцев в горячей воде, предназначенной для хозяйственных нужд. Принцип функционирования тепловых насосов во многом схож на работу холодильных компрессоров.Подземные недра способны аккумулировать тепло и поддерживать постоянную температуру на определенной глубине на протяжении всего года, что дает преимущества в использовании их энергии.
Схематично работу теплового насоса, предназначенногодля отопления, можно представить следующим образом:
- теплоноситель на несколько градусов нагревается в трубах, уложенных в грунте или воде;
- через теплообменник, он же испаритель, энергия передается на внутренний закрытый контур;
- вещество с низкой температурой кипения, называемое хладагент, подогревается в испарителе и превращается в газообразное состояние, после чего поступает в компрессорный отсек;
- под действием высокого давления вещество в компрессоре сжимается, а его температура повышается буквально на несколько градусов;
- газообразный хладагент под давлением выталкивается в конденсаторный отсек, отдавая тепло в отопительную систему через теплоноситель, охлаждается и осаждается в камере в виде конденсата;
- превратившееся в жидкообразное состояние вещество возвращается в исходное положение.
Тепловые насосы не вырабатывают тепло за счет электроэнергии, она требуется только для его перемещения. При потреблении одного киловатта электричества вырабатывается 5-6 киловатт тепловой мощности.
В качестве низкопотенциальных энергоисточников используют:
- грунт;
- воздух;
- скважины;
- водоемы.
В летний период времени некоторые модели тепловых насосов функционируют как кондиционеры. Их работа построена на описанном выше принципе, только по обратной схеме.
Тепловые насосы не зависят от поставок газа и других источников энергии, но они нуждаются в незначительном объеме электроэнергии. Устройства выгодны в эксплуатации, но цена на них пока еще слишком высока, да и окупаются они не настолько быстро, как хотелось бы. Нередки случаи, когда наряду с тепловым насосом для обогрева дома большой площади используют солнечные батареи, установленные на крыше строения.
Разновидности тепловых насосов
Одна из классификаций теплонасосного оборудование происходит по принципу работы агрегатов. Наиболее распространенным и востребованным является компрессионный тип насосов, приводящийся в действие при помощи электрической энергии.
Также тепловые типы насосов подразделяются по виду используемого источника тепла. Они бывают:
- геотермальными, извлекающими энергию из земли, либо воды;
- воздушными, основанными на принципе изъятия тепла из окружающего воздуха;
- вторичными, позволяющими использовать тепло, производимое в процессе технологического цикла на промышленных предприятиях (например, при охлаждении трубопроводов или готовых изделий при их кристаллизации).
Геотермальный источник энергии
Тепловые насосы, относящиеся к геотермальному виду оборудования, используют энергетические ресурсы земли, а также воды, как подземной, так и наземной. Оборудование бывает двух видов:
- замкнутого;
- открытого.
Геотермальные замкнутые системы делятся:
- на горизонтальные;
- на вертикальные;
- на водные.
Первые две системы условно называют «грунт-вода», а последнюю – «вода-вода».
Геотермальные насосы в горизонтальном исполнении представляют собой подземный коллектор, уложенный кольцами или плавно изогнутыми линиями в траншеях, вырытых на глубину, превышающую нижний уровень промерзания почвы. Данный показатель для каждого региона страны является индивидуальным и зависит от природных условий определенной климатической зоны. Узнать его можно из нормативных документов.
Геотермальный тепловой насос для отопления частного дома считается наиболее практичным с точки зрения экономической выгоды, но он требует слишком большого участка для своего устройства, который впоследствии станет непригодным для большинства садовых растений.
Коллектор вертикального геотермального насоса устанавливается в скважины небольшой глубины, имеющие размер не более двух метров. Данный вариант удобен для придомовых участков малой площади, либо в случае устройства системы на обустроенных территориях, нарушать которые владелец категорически не разрешает. Для заглубленных тепловых насосов делают вертикальные зонды длиной 50-70 метров.
В скалистых породах также применяют вертикальные системы. Для этого пробуривают одну глубокую или несколько мелких скважин. Их общая длина может доходить до 200 метров.
Водный геотермальный тепловой насос «вода-вода» предназначается для отбора тепла из водоемов. Коллектор укладывается по той же схеме, что и горизонтальная система, но не в земле, а в воде ниже уровня ее промерзания. Водное теплонасосное оборудование считается наиболее дешевым вариантом устройства отопительного контура закрытого типа. Приемлемыми условиями для установки данного вида насосов является наличие вблизи дома водоема достаточного объема глубиной 3-4 метра.
Следует отметить, что укладка теплового насоса на дно озера или другого водоема требует наличия разрешительных документов.
Открытый тип геотермальных теплонасосов предполагает использование воды в качестве теплообменника. Она перемещается в системах открыто, а после выполнения своей функции направляется обратно в грунт. Подобный вариант тепловых установок требует присутствия вблизи большого объема чистой воды, а также документов, позволяющих выполнять монтажные работы.
Воздушные тепловые системы
Оборудование, использующее воздух как низкопотенциальный источник тепла, эффективнее работают в южных регионах страны, так как при температуре, опускающейся ниже минус 15 градусов, значительно уменьшается коэффициент трансформации воздуха в тепло. По принципу работы воздушное теплонасосное оборудование напоминает кондиционер, но оно в несколько раз мощнее.
Тепловой насос отличается компактными размерами и без труда вписывается в приусадебный ландшафт. Его используют в том случае, когда выполнить установку земляного коллектора по тем или иным причинам не удается.
Мощные установки монтируют на отдельно стоящих фундаментах, а имеющие малую производительность – подвешивают к внешней поверхности несущих стен или ставят на крышу дома. Нередко тепло от одного блока подводится сразу к нескольким внутренним распределителям.
Воздушные насосы относятся к системам «воздух – вода» или «воздух – воздух». По эффективности они уступают другим видам теплонасосного оборудования, зато не требуют выполнения большого объема земляных работ.
Тепловой насос как кондиционер
Охлаждение дома при помощи теплового насоса производится двумя способами:
- пассивным, или естественным;
- активным, максимально приближенным к принципу работы кондиционера.
Пассивная технология опирается на тот факт, что летом на глубине водоема и в недрах земли температура бывает всегда ниже, чем внутри дома. Поэтому и существует естественный способ охлаждения, или кондиционер, работающий напрямую.
Активная технология подразумевает использование для функционирования кондиционера реверсивного теплонасосного оборудования, позволяющего управлять движением хладагента. С его помощью тепло из дома передается в теплообменник, откуда оно впоследствии благополучно выводится наружу.
Преимущества теплонасосного оборудования
Если не брать во внимание высокие материальные затраты на установку тепловых насосов в отопительных системах, можно отметить, что их использование имеет ряд неоспоримых достоинств:
- высокая экономическая результативность. Для функционирования системы требуется минимальное количество электроэнергии;
- экологичность. Отсутствие выбросов в атмосферу вредных или ядовитых веществ;
- автономность в сочетании с универсальностью. Тепловые насосы не требуют подведения каких-либо коммуникаций, а для выработки электроэнергии можно использовать дизельный генератор малой мощности;
- безопасность. Системы не приводят к пожару, так как для их работы не требуются пожароопасные источники топливной энергии;
- долговечность. Простота конструкции позволяет обходиться без капитального ремонта длительный период времени (более 50 лет);
- перспективность. Природные источники являются совершенно бесплатными, поэтому тепловые насосы, все-таки, окупаются;
- удобство и комфорт при эксплуатации. Наблюдается устойчивый температурный режим, отсутствует шум, имеется возможность дистанционного управления.
Вопросы целесообразности монтажа теплового насоса
Следует отметить, что высокая стоимость самого оборудования, а также монтажных работ в сочетании со сверхэкономичным топливным ресурсом многих потребителей вводит в замешательство. В европейских странах более остро ощущают постоянное повышение цен на источники энергии и понимают необходимость их экономии, поэтому установка тепловых насосов там растет из года в год благодаря программам государственной поддержки.
На просторах СНГ владельцу приходиться весь груз материальных вложений брать на собственные плечи и мечтать о том, что когда-то затраты окупятся. Но если у владельца имеется возможность вложить первоначальную сумму в альтернативное оборудование, то это станет действительно выгодной инвестицией, о которой потомки будут вспоминать с благодарностью.
Специалисты утверждают, что отопительные системы с тепловыми насосами способны окупиться через три-четыре года. Данное заявление позволяет говорить о перспективности их использования в качестве обогревателей и кондиционеров для дома.
Топливное оборудование, работающее на солярке, жидком газе и угле не имеет даже минимальной возможности составить конкуренцию тепловому насосу для отопления ни по эксплуатационным затратам, ни по уровню комфорта, не говоря уже о безопасности и надежности работы отопительной системы. Но использовать бесплатные природные ресурсы будет экономически оправдано лишь в том случае, если поблизости не проходят магистральные газопроводы, и в ближайшее время газ проводить не планируется.
В нашей статье мы подробно рассмотрели возможность организации такого вида отопления, как отопление на тепле земли. Рассмотрели особенности монтирования такой системы и ее экономические выгоды. Смонтировав однажды отопление на тепле земли, вы однозначно сделаете большой шаг навстречу прогрессу.
В нашей статье мы подробно рассказали об альтернативных способах отопления жилища. Используя нашу статью, Вы сможете выбрать самый подходящий для вас вид отопления без газа и электричества.
Камины в качестве отопления жилищ использовались с давних времен. Но до сих пор они не потеряли своей актуальности. Домовладельцы не только украшают, но и обогревают ими свои помещения. Широкий ассортимент выпускаемого оборудования и разнообразные виды отделки позволяют вписать камины практически в любой интерьер.