Вентилированое и отопление

Преимущества использования теплового насоса и принцип его действия



Хотите получить доступ к практически неисчерпаемому источнику энергии? Тогда стоит приобрести тепловой насос для отопления дома, который является одним из основных элементов геотермальных систем. Это устройство позволяет получать тепловую энергию из земли, воды, воздуха, используя минимальную разницу температур в различных средах.

Принцип действия теплового насоса

С подобными приборами приходилось сталкиваться каждому, даже не подозревая об этом. Вспомните обычный холодильник или кондиционер, ведь они отбирают тепло из одного объема и передают его в другой. Тот же кондиционер, работая в режиме обогрева, способен обеспечить отбор тепловой энергии с улицы, даже если температура атмосферного воздуха минимальна, и отдачу его уже внутри квартиры. По такому же принципу работают и тепловые насосы для отопления квартиры, которые становятся все более востребованными.

Принцип действия теплового насоса

Принцип действия теплового насоса

За счет чего же удается получить такой эффект. Все очень просто, во всех подобных приборах используется энергия, высвобождаемая в процессе испарения и конденсации специального хладагента, имеющего низкую температуру кипения.

Хладагент, проходя через основной контур системы, испаряется, начиная активно поглощать тепловую энергию. Попадая в специальный теплообменник, газообразный хладагент начинает остывать и конденсироваться, высвобождаемая при этом тепловая энергия передается в контур стандартной системы отопления дома. Как говорят, все гениальное действительно просто.

Конструкция системы отопления на основе теплонасоса

По своей сути система отопления на основе теплового насоса имеет простую конструктивную схему. Правда стоит признать и то, что ее воплощение в жизнь технически сложный процесс, который требует выполнения большого объема работ и отличается высокой стоимостью (о причинах этого поговорим дальше).

А сама схема отопления достаточно проста, в нее обязательно входят следующие основные узлы и элементы:

  • Первичный контур системы располагается в среде, имеющей стабильную температуру, превышающую температуру кипения и испарения хладагента.
  • Вторичный контур представляет собой обычную систему домового отопления. Система трубопроводов, радиаторы, стандартный теплоноситель (вода или минеральное масло).
  • Циркуляцию хладагента в первичном контуре обеспечивает электрический компрессор небольшой мощности.
  • Конденсация хладагента и передача тепловой энергии вторичному контуру системы отопления происходит в теплообменнике-конденсаторе.

Вот в принципе и все конструктивные системы отопления на основе теплового насоса, на словах все достаточно просто, а практическая реализация все-таки требует серьезной подготовки и выполнения большого объема работ.

Виды систем отопления на основе теплонасосов

Стоит учитывать тот факт, что энергия не берется ниоткуда. Поэтому, учитывая незначительную разницу температурного режима в различных средах, необходимо использовать первичный контур достаточно большого объема, чтобы при разнице температур в несколько градусов обеспечить нагрев теплоносителя из вторичного контура до требуемых величин.

Конструктивно тепловой насос может обеспечить отбор тепловой энергии из различной среды, поэтому стоит рассмотреть различные схемы устройства теплового насоса:

  • Казалось бы, наиболее оптимальный вариант, использовать энергию воздуха. Для этого вполне достаточно разместить на улице трубопровод требуемой длины, заполнить его хладагентом и качай себе бесплатную тепловую энергию. Да, смонтировать воздушный тепловой насос для отопления дома достаточно просто, не требуется выполнения никаких дополнительных работ. Но в зимний период такая система работать не будет из-за отрицательных температур воздуха, причем очень низких в отдельных регионах.

Такой режим не позволит обеспечить циклическое испарение и конденсацию хладагента, при температурах менее -10 теплоноситель постоянно будет находиться в жидком состоянии. Испаряться будет только малая его часть, чего недостаточно для эффективной работы системы. Кроме того, проникновение жидкого хладагента в компрессорную установку, обеспечивающую циркуляцию в первичном контуре, приведет к быстрому его выходу из строя под воздействием гидроудара.

Такой вариант может быть приемлем для местности с теплыми климатическими условиями, но он применяется крайне редко.

Тепловой насос воздух-вода

Тепловой насос воздух-вода

  • Наиболее оптимальным считается система с размещением первичного контура теплового насоса в непромерзающих полностью водоемах. Вода подо льдом даже в зимний период имеет плюсовую температуру, поэтому при значительной длине контура можно вполне эффективно изымать из этой среды тепловую энергию.

Разделяют два вида систем, позволяющих получать тепло из воды:

  • Открытая система предполагает для испарения хладагента использовать подаваемую из скважин воду. Такая система не требует больших вложений в монтаж, отличается высокой эффективностью. Но существует и большой минус такой конструкции — необходимость тратить электроэнергию на работу насосных установок, поэтому получаемый экономический эффект существенно снижается.
  • Закрытая система предполагает расположение первичного контура теплового насоса на дне водоема. Недостатков такая конструктивная схема практически не имеет, единственная проблема заключается в том, что не все домостроения расположены на берегу реки или имеют собственный пруд.

Поэтому в большинстве случаев используют геотермальные системы отопления, получающие энергию из земных недр.

Геотермальное отопление

Общеизвестно, что даже в сильные морозы почва промерзает на определенную глубину (глубина промерзания), поэтому вполне достаточно заглубить первичный контур системы ниже этого уровня. Тепловой насос для геотермального отопления может быть выполнен с применением горизонтального или вертикального первичного контура.

Для горизонтальной укладки необходимо подготовить котлован, глубина которого будет превышать уровень промерзания не менее чем на 1-2 метра.

Горизонтальный геотермальный тепловой насос

Горизонтальный геотермальный тепловой насос

Площадь зоны укладки первичного контура зависит от размеров отапливаемого здания. Так, для дома в 200 квадратных метров, необходимо обеспечить прокладку первичного контура на площади не менее 500 м2. Используя землеройную технику выполнить монтажные работы можно достаточно быстро, браться за устройство теплового насоса такого типа, рассчитывая только на свои силы и лопату не стоит.

Для вертикального размещения контура необходимо пробурить ряд скважин, в которых и будут размещены отдельные ветви системы.

Вертикальный геотермальный тепловой насос

Вертикальный геотермальный тепловой насос

На глубине до 20 метров постоянная температура грунта держится на уровне 10-15 градусов, чего вполне достаточно для обеспечения работоспособности системы. Единственное затруднение связано именно с необходимостью применения бурильной техники, хотя в наше время и это не является проблемой, сейчас достаточно широко распространены малогабаритные мобильные установки данного назначения.

Стоимость отопления на основе теплонасосов

Основная причина того, что подобные системы отопления мало распространены, заключается в необходимости вложения очень большой суммы на приобретение оборудования и выполнения комплекса монтажных работ.

Простой воздушный тепловой насос серии NIBE F2026-6kW

Воздушный тепловой насос NIBE F2026-6kW

Воздушный тепловой насос NIBE F2026-6kW

  • Обойдется покупателю не менее чем в 350 тысяч рублей (данная модификация не отличается высокой мощностью, всего 6,2 кВт).
  • Стоимость систем геотермального отоплением, с учетом цены оборудования и выполнения работ, для дома площадью 130 квадратных метров, обойдется не менее 500-600 тысяч рублей (при этом оборудование будет не самое лучшее).

Но всегда стоит помнить о том, что системы на основе тепловых насосов позволяют получать до 5 кВт тепловой энергии, затрачивая всего 1 кВт электрической.

Поэтому если финансовые возможности позволяют, обязательно задумайтесь о своей энергонезависимости, которую сможет обеспечить тепловой насос.





Также советуем посмотреть:





Расчет мощности кондиционера онлайн

Расчет теплопотерь помещения

Расчет вентиляции помещения