Как выбрать и установить тепловой насос воздух-воздух своими руками?

Люди давно применяют для обогрева жилых домов и производственных помещений тепловую энергию земных недр. Но до недавнего времени это было доступно только в местах с горячими подземными источниками воды.

Типы тепловых насосных систем 

несколько вариантовсъема тепла из грунтагоризонтальный коллекторгеотермальный зонд

Горизонтальный грунтовый коллекторЭто система труб, уложенных на глубине ниже уровня промерзания (то есть около 2 м) в специально вырытые траншеи. Трубы могут соединяться последовательно или параллельно, располагаться в одной плоскости или даже образовывать пространственную спираль. Параметры такого теплообменника зависят от длины труб, которую рассчитывают исходя из:

  • потребной мощности насоса, 
  • грунта данного места (влажный — лучше), 
  • уровня солнечной радиации и т.д. 

В любом случае площадь, занимаемая таким коллектором, сравнительно велика. В средней полосе России примерное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 погонный метр трубы теплообменника, составляет 20-30 Вт. Это означает, что для обеспечения теплом коттеджа площадью около 50 кв. м потребуется коллектор площадью 150-200 кв.м.   На площадке, под которой располагается коллектор, можно сажать кусты и деревья, устанавливать малые архитектурные формы (беседки, перголы и арки, садовые скульптуры, стационарные садовые светильники и т.д.). Но какая-либо серьезная застройка там запрещена. Такой запрет позволяет тепловым «запасам» грунта, остывшего за зиму, восстанавливаться естественным путем. А это происходит в том числе за счет летних дождей. Поэтому ничто не должно препятствовать проникновению влаги в почву. Так что «энергетическое поле» вашего участка будет представлять собой только садово-огородный ландшафт, даже без теплиц.Вертикальный коллектор, или геотермальный зондВертикальный коллектор — другой тип грунтового теплообменника. Он представляет собой вертикальную скважину глубиной 30-100 м (иногда и более), в которой размещается U-образный или коаксиальный (труба в трубе) теплообменник. У него есть и другое название — геотермальный зонд. Важнейшее преимущество вертикальных грунтовых теплообменников — в том, что для их устройства требуется минимальная площадь.  Велика ли эффективность теплового насоса? Уровень эффективности теплового насоса определяется коэффициентом преобразования (коэффициентом мощности), который показывает отношение полученной тепловой энергии к количеству электрической энергии, затраченной на работу компрессора. В любое время года для тепловых насосов «грунт-вода» величина коэффициента составляет около 4. Это означает, что при потреблении 2 кВт∙ч электрической энергии установка производит 8 кВт∙ч тепловой энергии.   Я выбрал для примера скромные 2 кВт∙ч, потому что это тот минимум, который может получить одно домохозяйство в обычном садоводческом товариществе в регионе с ограниченным энергопотреблением. А мощности в 8 кВт∙ч тепловой энергии достаточно, чтобы отопить грамотно утепленный дом площадью до 100 кв. м и более.  Второе назначение Тепловые насосы могут работать не только в режиме отопления, но и в режиме кондиционирования всех комнат. То есть если собрать гидравлическую развязку в котельной, обычный тепловой насос можно использовать и для охлаждения. У передовых котловых компаний уже есть модели тепловых насосов, которые легко переходят с одного режима на другой. Оба эти варианта не отличаются сложностью и не требуют больших вложений. Читателям, которым в целом понравилась идея тепловых насосов, надо помнить, что традиционные  отопительные радиаторы не пригодны для охлаждения воздуха, а «теплые» полы превращаются в «ледяные». Поэтому эффективное совмещение функций отопления и охлаждения возможно только при использовании воздушных систем отопления/кондиционирования. Этот вариант распространен в США, где тепловой насос большую часть года работает именно в режиме охлаждения.  

Тепловой насос «воздух-воздух» — отопление при морозе -20°С

Одним из наиболее простых и доступных видов тепловых насосов является система «воздух-воздух», относительно недорогая и простая в установке и эксплуатации.

Устройства такого типа получили широкое распространение благодаря своей универсальности и большим возможностям, ценовой доступности. Эффективность и надежность систем «воздух-воздух» заслуживают подробного изучения.

 Работу теплового насоса «вода-вода» мы рассмотрели в этой статье, а «воздух-вода» в этой.

Тепловой насос «воздух-воздух» для дома

Системы «воздух-воздух» наиболее известны широкому пользователю как кондиционеры (точнее, сплит-системы). Несмотря на обилие названий, речь идет об одном и том же устройстве, в основе конструкции которого лежит использование цикла Карно.

Он описывает процессы, проходящие при последовательном испарении жидкости, сильном сжатии полученного газа, конденсировании и повторного образования жидкости. Во время сжатия температура газа сильно повышается, а при испарении жидкости — понижается.

Эти два явления используются в холодильниках, кондиционерах и тепловых насосах, только в двух первых случаях полезным продуктом служит холод, а в последнем — тепло.

Принципы работы

Основу конструкции ТН «воздух-воздух» составляет замкнутый контур, заполненный хладагентом (фреоном). Этот контур состоит из двух частей, испарителя и конденсатора.

Читайте также:  Теплый пол под плитку в ванной своими руками

В испарителе жидкий фреон переходит в газообразное состояние, активно отбирая у окружающей среды тепловую энергию. Полученный газ подается в компрессор, где сильно сжимается, отчего его температура повышается. Из компрессора горячий газ переходит в конденсатор, где переходит в жидкую фазу.

После этого фреон пропускается через понижающий клапан и поступает в испаритель, и весь цикл повторяется снова.

Обратите внимание

Испаритель и конденсатор параллельно выполняют функцию теплообменников. На испаритель подается воздушный поток, взятый снаружи. Тепловая энергия при этом передается холодному газообразному фреону, позволяя ему высвободить ее при сжатии. На конденсатор также подается поток воздуха, но уже изнутри помещения. Обдувая горячий теплообменник, воздух набирает температуру и обогревает помещение.

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

Достоинства и недостатки

К достоинствам воздушных тепловых насосов можно отнести:

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

Что такое тепловой насос

Рассматриваем принцип работы и виды необычного устройства для экономичного отопления коттеджа – теплового насоса.

Тепловой насос – устройство, которое использует тепло окружающей природы – воздуха, воды, грунта для отопления коттеджа и нагрева горячей воды. Сердце теплового насоса – фреоновый контур, включающий компрессор, расширительный клапан, два теплообменника и медный трубопровод.

Посмотрите товары для изобретателей. Ссылка на магазин.

Принцип работы теплового насоса – перекачивание тепла из одной среды (воздух, вода, грунт) в другую – в систему отопления.

Казалось бы, тепловой насос – сложное и непонятное устройство, одна абсолютное большинство из нас используют тепловой насос ежедневно. Дело в том, что холодильник – тоже тепловой насос: он также имеет фреоновый контур и компрессор, он также перекачивает тепло – охлаждая продукты и грея импровизированную “систему отопления” – решетку на задней стенке. Да и выглядит похоже.

Принцип работы теплового насоса. Тепловой насос отбирает низкопотенциальное тепло у воздуха (-25…+35 градусов), у воды (+2…+7 градусов), у грунта (-5…+5 градусов), охлаждая эту среду на несколько градусов. Фреон во внутреннем контуре теплового насоса закипает и превращается в газ, компрессор сжимает газ, у которого резко уменьшается объем, но увеличивается давление и температура, далее разогретый фреон передает тепло через теплообменник в систему отопления. Далее цикл повторяется.

Электроника для самоделок в китайском магазине.

Схема работы теплового насоса

Важно отметить, что тепловой насос потребляет электроэнергию только на перекачку тепла (циркуляционные насосы) и привод компрессора – а прямого нагрева теплоносителя не происходит. За счет этого на 1 кВт потребленной электроэнергии можно получить от 3 до 5 кВт тепловой энергии! Законы сохранения энергии не нарушаются – они применимы только для замкнутой системы, а у нас их здесь три – контур источника тепла, фреоновый контур, контур системы отопления.

Виды тепловых насосов и их краткое сравнение. Важнейшая классификация тепловых насосов – по источнику низкопотенциальной энергии, у которого они отбирают тепло, повышают его температуру и передают в систему отопления.

  • Воздушные тепловые насосы – первые в списке. Они охлаждают уличный воздух, получая таким образом низкопотенциальное тепло. Данные тепловые насосы довольно просты в установке – не требуется проводить земляные работы, но у них есть недостаток: их эффективность и тепловая мощность зависит от температуры уличного воздуха. Чем холоднее на улице, тем хуже они работают. К сожалению, без резервного котла в средних и северных широтах России они не могут являться полноценным теплогенератором.

Принцип работы водяного теплового насоса

  • Грунтовый тепловой насос отбирает тепло у почвы. Этот тип тепловых насосов также способе круглый год отапливать дом (и быть единственным котлом в коттедже – тоже), и имеет довольно высокую эффективность. Система отбора низкопотенциаьного тепла здесь следующая: либо бурятся скважины, в которые опускаются геотермальные зонды (по которым по замкнутому контуру циркулирует теплоноситель, нагреваясь от грунта через стенки трубы), либо такой же контур раскладывается в горизонтальной плоскости (почти как теплый пол) в грунте. У каждого есть свои плюсы и минусы.
Что такое тепловой насос

Грунтовой тепловой насос с горизонтальным коллектором

Что такое тепловой насос

Грунтовой тепловой насос с вертикальными скважинами

В целом, при правильном подходе, тепловой насос – удобный агрегат для отопления коттеджа, а в некоторых случаях он быстро окупается, несмотря на высокую первоначальную стоимость.

Пример котельной с тепловым насосом DANFOSS для отопления и нагрева горячей воды

Читайте также:  Изготовление регистров отопления своими руками

С вами продолжает мастерить дед Андрей…

Принцип работы

Хочу сказать, что внутренний контур насоса имеет два сегмента, а именно компрессионное устройство и вентиль. Благодаря этому, создаются зоны с различным давлением, а установка проводит забор тепла снаружи и поставляет его внутрь помещения.

Принцип работы

Цикл работы

Принцип работы
  1. С помощью вентилятора, холодный воздух поступает в отдельную камеру, где находится испаритель.
  2. В ней же находится хладагент, который в результате нагрева переходит в газообразное состояние.
  3. В таком виде, он поступает в компрессор, где хладагент под давлением нагревается еще больше.
  4. Далее он поступает в конденсатор, где происходит забор полученной энергии. Само вещество снова переходит в жидкое состояние.
  5. Полученное в результате данного процесса тепло, с помощью насоса подается в помещение.
  6. Хладагент же снова попадает в камеру с испарителем.
Принцип работы

Хочу сказать, что данный принцип работы достаточно похож на функцию обогрева кондиционером. Однако это не совсем так. Во-первых, воздушный тепловой насос способен значительно быстрее нагреть помещение. А во-вторых, кондиционер не может работать при температуре -5 на улице, а насосная установка будет прекрасно функционировать и при -25.

Классификация

Тепловые насосы устроены таким образом, чтобы их можно было эксплуатировать в широком диапазоне температур. Как правило, подобное оборудование без перебоев работает при температуре от -30°С до +35°С.

Самое широкое распространение получили компрессионные и абсорбционные тепловые насосы. Компрессионные насосы используют электрическую и механическую энергию для переноса тепла. Абсорбционный тип насосов выглядит сложнее, зато дает возможность передавать тепло, используя для этого сам источник тепла, при этом значительно снижаются затраты топлива, электрической энергии.

По источникам тепла насосы можно классифицировать на такие типы:

Классификация
  • Геотермальный – насос забирает тепло из земли, подземных и наземных вод.
  • Воздушный – насос забирает тепло из окружающего воздуха.
  • Тепловой насос вторичного тепла забирает тепло центрального отопления, канализационных стоков и т.д. Использование подобных насосов выглядит перспективным для обогрева промышленный объектов, особенно в том случае, когда имеются источники ненужного тепла, которое подлежит утилизации.

Тепловые насосы можно классифицировать и по видам теплоносителя входного/выходного контура – воздух, вода, грунт, возможны их сочетания.

Пять основных преимуществ

Каждый продавец расхваливает свой товар. Когда начинаешь выбирать модель теплового насоса отопления, менеджер специализированного магазина всегда назовет пять его плюсов.

  1. Безопасность.
  2. Экологичность.
  3. Повсеместность применения.
  4. Универсальность использования.
  5. Экономическая эффективность.

Все великолепно, но если тщательно разобраться с каждым пунктом всплывают некоторые нюансы.

С вопросом безопасности и экологичностью сложно поспорить. Взрываться и воспламеняться попросту нечему. Хладагенты в современных моделях абсолютно безвредны и для природы и для человека.

Тепловая энергия в рассеянном виде действительно есть в наличии в любом уголке планеты, но есть ли там электричество. Ведь для функционирования любого теплового насоса непременно требуется бесперебойное электроснабжение. Если на электросетях случится авария, то дом останется и без электричества и без тепла. Чтобы не допустить этого необходимо будет запастись дополнительным дизель-генератором. Для чего опять же нужно топливо, об экологичности и безопасности которого сложно уже говорить. Получается замкнутый круг.

Тепловой насос способен не только обогревать коттедж в холода, но и в жаркое время охлаждать его. Однако гораздо дешевле приобрести обыкновенный кондиционер. Это будет намного экономичней в частном доме.

А вот экономическую эффективность такого отопления следует рассмотреть несколько подробней.

Экономическая составляющая системы

Для получения 10 кВт теплоэнергии на обогрев коттеджа придется потратить 2-3 кВт энергии электрической, без которой компрессор попросту не в состоянии работать. КПД в 300-500% привлечет практически каждого.

Однако на практике самый бюджетный вариант такого обогрева – это воздушный тепловой насос для отопления дома, закачивающий в испаритель для получения тепла воздух с улицы. Действительно, при атмосферных температурах от нуля до +10-15 С получаются те самые 500% КПД.

А вот уже при отрицательных температурах производительность резко падает. И при серьезных заморозках вообще уходит в минус. То есть для получения необходимого объема тепла придется электроэнергии затратить больше этой самой тепловой энергии в киловаттах.

Единственным решением в регионах с серьезными морозами является установка тепловых насосов отопления, которые качают тепло не из воздуха, а из земли либо воды. Но здесь сразу же встает вопрос стоимость создания подобной системы.

Если под жилищем есть гидротермальные источники, то все будет достаточно привлекательным с финансовой точки зрения. Со временем все окупится.

А вот при обустройстве геотермальной системы придется заглубляться в грунт на 5-6 м и более при внешнем горизонтальном теплообменнике, и на 100-150 м при вертикальном варианте. Для понимания масштабов работ – при горизонтальной системе трубопроводов на каждый киловатт выдаваемой мощности нужно около 50 квадратов площади на участке. Копать придется много.

Безусловно, стоимость всех этих работ будет значительной. В каждом случае нужно считать индивидуально – оправданы ли такие затраты или нет. Часто более приемлемым будет тот или иной вариант отопления с помощью электричества.

Также интересно: огромный спектр проектно-монтажных работ предоставляет компания Стандарт Климат. Прекрасное качество и отличные цены.

Читайте также:  Как правильно топить котел дровами – рекомендации от специалиста

Виды тепловых насосов

Тепловые насосы подразделяют на несколько видов, характеризуется разделение способом забора тепла из окружающей среды:

  • грунт-вода. Первый параметр характеризует способ оборудования внешнего контура в окружающей среде, а второй характеризует устройство внутренней системы отопления. В данном случае, под землей находится закрытый контур, а внутренний контур в доме наполнен водой. Данный вид относится к геотермальному отоплению дома (принцип работы);
  • вода-вода. Забор тепла производит из озера,реки или скважины;
  • вода-воздух. Отопление дома будет происходить за счет циркуляции горячих воздушных потоков;
  • воздух-воздух. Тепло воспроизводится из теплых воздушных масс.

Чаще всего используется вариант вода-вода.

Виды тепловых насосов

Поскольку удобнее производить забор тепла из источника (как правило, скважина).

Вид грунт-вода имеет множество недостатков.

Недостатки заключаются в том, что внешний контур прокладывается под землей на достаточно большой площади. Соответственно, на площади, под которой находится контур, запрещено возводить постройки, вести земляные работы и прочие действия, способные повредить или вывести из строя внешний контур.

Общие преимущества и недостатки

Кроме индивидуальных особенностей каждой модификации, у глубинных обогревательных систем есть и общие плюсы и минусы.

Главное преимущество — экономия финансовых ресурсов. Геотермальным отопительным агрегатам не нужны газ, уголь. Электричество в небольшом количестве требуется лишь для работы теплового насоса. Монтаж системы окупается за 5 лет.

В летнее время отопительный агрегат можно превратить в кондиционер, если собрать его по специальной схеме. А использование агрегата совместно с солнечными батареями сделает его полностью автономным.

При своевременном техобслуживании и замене отработавших свой ресурс частей срок службы насоса можно продлить до 100 лет.

Недостатком является высокая стоимость самого оборудования. Насос и его установка обойдутся в сотни тысяч рублей.

Отопление жилья и производственных помещений с помощью геотермальных тепловых насосов давно применяется передовыми странами. Многолетний опыт показывает целесообразность и выгоду использования этих автономных обогревательных систем, предсказывая им перспективное будущее.

Распространение геотермального отопления

Такой вид обогрева зданий стал популярным с 1980 в соединенных штатах, в который последствия скачка цен на нефть не позволяли отапливать ею дома. После изобретения система было достаточно дорогой в установке и монтаже, поэтому использовать её могли исключительно богатые слои населения.

Однако, с ростом количества домов, применяющих тепло земли как источник горячей жидкости, снижалась цена на комплектующие и установку, и количество домов, которые применяли такое отопление.

В начале 90х годов согласно опросам населения в разных регионах, количество граждан в США, которые применяли данную систему для отопления достигло 12 миллионов человек. После чего, технология распространилась в Европе, особенно северных регионах.

Аналогом по стоимости обогрева является система обогрева на природном газу, однако это топливо истощается с каждым годом. Тоже касается угля, дров. Для небольших домов можно использовать традиционные печи, однако в зданиях с крупной площадью отопление за счет твердотопливных элементов требует значительных сил. Поэтому, необходимость чем-то заменять традиционные источники топлива привела к появлению альтернативы в виде геотермальных конструкций.

Использование нетрадиционных источников энергии стало распространенным в последнее время за счет подорожания традиционного топлива. Используют с целью обогрева тепло земли, солнечный свет и ветер, что при комбинации на участке позволяет существенно экономить средства.

Геотермально обогревать дом гораздо дешевле, чем использовать как отопительный элемент уголь иди дрова. Для этого потребуется постоянный доступ к току, поэтому нужна или электростанция, работающая без перебоев или источник бесперебойного питания.

Средняя оценка оценок более 0 Поделиться ссылкойКомментарии Коментариев пока нет, но вы могли бы быть первым…

Применение теплового насоса для охлаждения

Огромным достоинством тепловых насосов является то, что они способны не только отапливать дом, но и при необходимости охлаждать его. Наше короткое российское лето порою бывает очень жарким, и, когда ваше жилище буквально раскаляется, предложение превратить обогреватель в кондиционер будет очень кстати.

Техническое решение этого вопроса может быть интегрировано в тепловой насос изначально, на стадии изготовления, и практически у всех производителей имеются линейки насосов, умеющих кондиционировать помещение (режим Natural Cooling). Если ваш тепловой насос не обладает такими способностями, не все еще потеряно – работать на охлаждение может и обычный насос. Необходимое для этого дополнительное оборудование в виде гидравлической развязки будет смонтировано вне насоса. Оба варианта не требуют больших капиталовложений.

Нести генерируемый тепловым насосом холод непосредственно в помещение можно разными способами. Эта функция может быть возложена на холодные панели на стенах или потолке, охлаждающий теплый пол, радиаторы отопления с хорошим обдувом или же фанкойл – устройство, в чей корпус встроен обдуваемый вентилятором пластинчатый теплообменник.