Принцип действия теплового насоса для отопления: принцип действия устройства, преимущества, виды и монтаж

Тепловые насосы для отопления дома –принцип действия

Многих интересует принцип действия теплового насоса.

Все очень просто. В каждом доме есть обычный бытовой холодильник. Это тот же тепловой насос, только наоборот. Когда мы ставим кастрюлю с супом во внутрь, то холодильник отбирает тепло от супа и «выбрасывает» его в кухню. Т.е., через какое-то время суп остывает, а стенки холодильника становятся горячими. Вот эти горячие стенки и есть тепло которое забрали у супа.

Теперь в камеру холодильника поместим коробки с землей. Холодильник также отберет тепло из земли и отдаст это тепло в кухню. Только в этом случае земля отдаст тепло и все, а в случае, если холодильник без компрессора и конденсатора (это наши горячие трубки) зарыть в огороде, то компрессор не будет выключаться, потому что, как только он охладит рядом с собой землю и появится перепад температур, то тепло земли устремится в направлении холодильника. Это тепло будет поступать вечно. Если же мы горячие трубки поместим в тазик с водой, то вода нагреется. Вот и весь принцип. Низкопотенциальное тепло забираем от земли и с помощью компрессора нагреваем газообразный фреон, который через теплообменник нагревает воду в системе отопления. Это примитивное объяснение работы теплового насоса. Теперь немного физики и устройства.

Основные элементы теплового насоса участвующие в отоплении дома:

— Компрессор

Компрессор – сердце всей системы. Чаще всего, компрессоры в тепловых насосах устанавливаются от известных производителей. Такие компрессоры имеют высокое качество сборки и надежность.

— Теплообменник 1 (испаритель)

— Теплообменник 2 (конденсатор)

Теплообменники. Чаще всего в тепловом насосе применяется паянный теплообменники. Он состоит из нескольких пластин спаянных между собой герметично. С одной стороны пластины подается жидкость, с другой фреон.

Испаритель – это теплообменник, в котором фреон из жидкого состояния превращается в газообразное.

Конденсатор – это теплообменник в котором наоборот, фреон из газообразного состояния превращается в жидкое.

— Контроллер

Контроллер – «мозги» теплового насоса, который управляет работой всей системой и обеспечивает защиту оборудования от поломок.

— Фреон

Фреон – это посредник, который отбирает тепло у источника энергии и отдает его к потребителю (воде в системе отопления).

— Источник энергии

Источник энергии – в качестве источника может служит земля, вода из скважины, водоем, воздух. Это неисчерпаемые источники энергии

— Нагреваемая вода в системе отопления

Вода в системе отопления. Это та привычная для нас вода, которая течет по трубам к нашим радиаторам и водяным теплым полам.

 

 Процесс, происходящий внутри теплового насоса

Мы все помним, как в школе нам рассказывали на уроке физики, что вода на Эвересте начинает кипеть при температуре +30С. Это происходит из-за того, что вершина Эверест находится на километры выше от уровня моря и давление там очень низкое.

Тот же принцип использован и в холодильной технике. На стороне испарителя давление низкое и вода или рассол, приходящий из земных глубин имеет невысокую температуру, но все равно такие условия позволяют закипать фреону и превращаться в пар. При этом фреон отбирает тепло от жидкости, пришедшей из земли в испаритель. Для примера. В испаритель может прийти жидкость температурой 0С, а уйти с температурой -4С. Мы отобрали всего четыре градуса, но при большом объеме приходящей жидкости этого достаточно. Единственное, чем выше температура приходящей жидкости, тем экономичней работает тепловой насос, тем дешевле нам обходится отопление. Сам же фреон может кипеть и при более низких температурах, но и давление в системе должно быть более низким. Ниже приведена таблица кипения для самых популярных фреонов

Тот пар, который образовался в результате кипения, засасывается компрессором. В компрессоре происходит сжатие до очень высокого давления. В результате газ нагревается до высокой температуры. Многие помнят, когда накачиваешь велосипедную шину ручным насосом, там, где присоединяется шланг, корпус насоса нагревается. Также и в компрессоре холодильной техники.

 

Этот нагретый газ поступает во второй теплообменни к, который называется конденсатором. В нем газ превращается в жидкость (конденсируется) и опять идет в испаритель. Цикл замкнулся. В конденсаторе с одной стороны пластины горячий газ, с другой стороны вода из системы отопления. Газ передает тепло воде, нагревая ее и остывает, превращаясь в жидкость. Давление с этой стороны компрессора высокое. Вот и весь принцип действия теплового насоса.

Что такое коэффициент преобразования КОП?

Дальше надо понимать, что чем выше температура жидкости приходит в испарители, и меньше температура на которую необходимо нагреть воду системы отопления, тем выше коэффициент преобразования теплового насоса КОП. Коэффициент преобразования — это соотношение затраченной энергии к произведенной тепловым насосом тепловой энергии. Чем КОП выше, тем выше КПД теплового насоа. Приведем пример. Допустим теплопотери дома 10 кВт. Если из земли жидкость придет около 15С, а воду в теплых полах нам нужно будет нагреть до 35С, то коэффициент преобразования будет около 5. Если из земли придет жидкость около 4С, а воду в системе отопления нужно будет нагреть до 50С, то коэффициент преобразования будет в районе 2,5. Соответственно, в первом случае, чтобы компенсировать теплопотери нам понадобится 2 кВт электричества, во втором 4 кВт. Соответственно и заплатим мы во втором случае в два раза больше.

Геотермальный контур – еще один теплообменник

Если в качестве низкопотенциального тепла используется воздух или вода из скважины, которая затем сливается другую скважину, то мы напрямую забираем тепло у источника и возвращаем его обратно в природу. Если же используется геотермальный контур или вертикальные зонды, то в процессе работы теплового насоса участвует еще один теплообменник. Для внешнего контура обычно используется ПНД труба и теплообмен происходит через стенки трубы. Вышедшая из теплового насоса незамерзающая жидкость (рассол), медленно движется по трубам и собирает тепло земли, нагревается на несколько градусов и возвращается обратно в тепловой насос, где и отдает собранное тепло. Это замкнутая система. В качестве рассола чаще всего используют смесь пропиленгликоля и воды. Температура замерзания такого рассола делается в районе -15С.

Вот и все, что можно рассказать о принципе действие теплового насоса. Правильная установка теплового насоса обеспечивает его надежность на протяжении десятилетий.

Принцип действия теплового насоа — видео

 

 

Система отопления с тепловым насосом

Ситуация такова, что самым популярным на данный момент способом отапливать жилище является использование котлов отопления – газовых, твердотопливных, дизельных и намного реже – электрических. А вот такие простые и в тоже время высокотехнологичные системы, как тепловые насосы, не получили повсеместного распространения, и очень зря. Для тех, кто любит и умеет просчитывать все наперед, их преимущества очевидны. Тепловые насосы для отопления не сжигают невосполнимых запасов природных ресурсов, что крайне важно не только с точки зрения охраны окружающей среды, но и позволяет экономить на энергоносителях, так как они дорожают с каждым годом. К тому же, с помощью тепловых насосов можно не только отапливать помещение, но и подогревать горячую воду для хозяйственных нужд, и кондиционировать помещение в летний зной.

1. Принцип действия теплового насоса
2. Преимущества и недостатки системы отопления «тепловой насос»
3. Источники тепла для работы теплового насоса
4. Отопление тепловым насосом: стоимость системы и расходы на эксплуатацию

 

Принцип действия теплового насоса

 

Остановимся чуть подробнее на принципе действия теплового насоса. Вспомните, как работает холодильник. Тепло помещенных в него продуктов выкачивается и выбрасывается на радиатор, расположенный на задней стенке. В этом легко убедиться, дотронувшись до него. Примерно такой же принцип у бытовых кондиционеров: они выкачивают тепло из помещения и выбрасывают его на радиатор, расположенный на наружной стене здания.

В основу работы теплового насоса, холодильника и кондиционера положен цикл Карно.

1. Теплоноситель, двигаясь по источнику низкотемпературного тепла, например, грунту, нагревается на несколько градусов.
2. Затем он поступает в теплообменник, называемый испаритель. В испарителе теплоноситель отдает накопленное тепло хладагенту. Хладагент – это специальная жидкость, которая превращается в пар при низкой температуре.
3. Приняв на себя температуру с теплоносителя, нагретый хладагент превращается в пар и поступает в компрессор. В компрессоре происходит сжатие хладагента, т.е. повышение его давления, за счет чего повышается и его температура.
4. Горячий сжатый хладагент поступает в другой теплообменник, называемый конденсатор. Здесь хладагент отдает свое тепло другому теплоносителю, который предусмотрен в системе отопления дома (вода, антифриз, воздух). При этом хладагент охлаждается и снова превращается в жидкость.
5. Далее хладагент поступает в испаритель, где нагревается от новой порции нагретого теплоносителя, и цикл повторяется.

Для обеспечения работы теплового насоса необходимо электричество. Но это все равно намного выгоднее, чем использовать только электрообогреватель. Так как электрокотел или электрообогреватель тратит ровно столько же электроэнергии, сколько и выдает тепла. Например, если на обогревателе написана мощность 2 кВт, то он тратит 2 кВт в час и выдает 2 кВт тепла. А тепловой насос выдает тепла в 3 – 7 раз больше, чем тратит электроэнергии. Например, используется 5,5 кВт/час на работу компрессора и насоса, а тепла получается 17 кВт/час. Именно такой высокий КПД и является основным достоинством теплового насоса.

 

Преимущества и недостатки системы отопления «тепловой насос»

 

Вокруг тепловых насосов ходит много легенд и заблуждений, несмотря на то, что это не такое уж новаторское и высокотехнологичное изобретение. С помощью тепловых насосов отапливаются все «теплые» штаты в США, практически вся Европа и Япония, где технология отработана практически до идеала и уже давно. Кстати, не стоит думать, что подобное оборудование является чисто иностранной технологией и пришло к нам совсем недавно. Ведь еще в СССР такие агрегаты использовались на экспериментальных объектах. Примером тому служит санаторий «Дружба» в городе Ялта. Помимо футуристической архитектуры, напоминающей «избушку на курьих ножках», этот санаторий славен еще и тем, что еще с  80-х годов 20 века в нем используются тепловые насосы для отопления промышленные. Источником тепла является близлежащее море, а сама насосная станция не только обогревает все помещения санатория, но и обеспечивает горячей водой, греет воду в бассейне и охлаждает в знойный период. Так давайте же попытаемся развеять мифы и определить, имеет ли смысл отапливать жилище таким способом.

Преимущества систем отопления с тепловым насосом:

• Экономия на энергоносителе. В связи с растущими ценами на газ и дизтопливо очень актуальное преимущество. В графе «ежемесячные расходы» будет значиться только электроэнергия, которой как мы уже писали необходимо намного меньше, чем реально производится тепла. При покупке агрегата необходимо обратить внимание на такой параметр, как коэффициент трансформации тепла «ϕ» (может называться еще коэффициент преобразования тепла, коэффициент трансформации мощности или температур). Он показывает отношение количества тепла на выходе к затрачиваемой энергии. Например, если ϕ=4, то при расходе 1 кВт/час мы получим 4 кВт/час тепловой энергии.
• Экономия на техобслуживании. Тепловой насос не требует к себе никакого особенного отношения. Расходы на его обслуживание минимальны.
• Можно устанавливать в любой местности. Источниками низкотемпературного тепла для работы теплового насоса могут служить грунт, вода или воздух. Где бы Вы ни строили дом, даже в скалистой местности, всегда найдется возможность найти «пищу» для агрегата. В местности, удаленной о газовой магистрали, это одна из самых оптимальных систем отопления. И даже в регионах без линий электропередач можно установить бензиновый или дизельный движок для обеспечения работы компрессора.
• Нет необходимости следить за работой насоса, добавлять топливо, как в случае с твердотопливным или дизельным котлом. Вся система отопления с тепловым насосом автоматизирована.
• Можно уехать на длительный срок и не бояться, что система замерзнет. При этом можно сэкономить, установив насос на обеспечение в жилом помещении температуры +10 °С.
• Безопасность для окружающей среды. Для сравнения при использовании традиционных котлов, сжигающих топливо, всегда образуются различные окислы  CO, СO2, NOх, SO2 , PbO2, как следствие вокруг дома на почве оседают фосфорная, азотистая, серная кислоты и бензойные соединения. При работе теплового насоса не выбрасывается ничего. А используемые в системе хладагенты абсолютно безопасны.
• Сюда же можно отметить сохранение невосполнимых природных ресурсов планеты.
• Безопасность для человека и имущества. В тепловом насосе ничего не нагревается до такой температуры, чтобы вызвать перегрев или взрыв. К тому же, в нем попросту нечему взрываться. Так что его можно отнести к полностью пожаробезопасным агрегатам.
• Тепловые насосы успешно работают даже при температуре окружающей среды -15 °С. Так что если кому-то кажется, что такой системой можно обогревать дом только в регионах с теплыми зимами до +5 °С, то они ошибаются.
• Реверсивность теплового насоса. Неоспоримым преимуществом является универсальность установки, с помощью которой можно и отапливать зимой, и охлаждать летом. В жаркие дни тепловой насос забирает тепло из помещения и направляет его в грунт на хранение, откуда снова возьмет зимой. Обратите внимание, что реверсной способностью обладают не все тепловые насосы, а только некоторые модели.
• Долговечность. При должном уходе тепловые насосы системы отопления живут от 25 до 50 лет без капитального ремонта, и только раз в 15 – 20 лет потребуется заменить компрессор.

Недостатки систем отопления с тепловым насосом:

• Большие первоначальные капиталовложения. Помимо того, что на тепловые насосы для отопления цены довольно высоки (от 3000 до 10000 у.е.), так еще дополнительно на обустройство геотермальной системы потребуется затратить не меньше, чем на сам насос. Исключением является воздушный тепловой насос, не требующий дополнительных работ. Окупится тепловой насос не скоро (лет через 5 – 10). Так что ответ на вопрос, использовать или не использовать тепловой насос для отопления, скорее зависит от предпочтений хозяина, его финансовых возможностей и условий строительства. Например, в регионе, где подведение газовой магистрали и подключение к ней стоит столько же, сколько и тепловой насос, имеет смысл отдать предпочтение последнему.

• В регионах, где температура зимой опускается ниже -15 °С, необходимо использовать дополнительный источник тепла. Это называется бивалентная система отопления, в которой тепловой насос обеспечивает тепло, пока на улице до -20 °С, а когда он не справляется, подключается например, электрообогреватель или газовый котел, или теплогенератор.

• Наиболее целесообразно использовать тепловой насос в системах с низкотемпературным теплоносителем, таких как система «теплый пол» (+35 °С) и фанкойлы (+35 — +45 °С). Фанкойлы представляют собой вентиляторный конвектор, в котором происходит передача тепла/холода от воды воздуху. Для обустройства такой системы в старом доме потребуется полная перепланировка и перестройка, что повлечет дополнительные затраты. При строительстве нового дома это не является недостатком.
• Экологичность тепловых насосов, берущих тепло из воды и грунта, несколько относительна. Дело в том, что в процессе работы пространство вокруг труб с теплоносителем охлаждается, а это нарушает устоявшуюся экосистему. Ведь даже в глубине грунта живут анаэробные микроорганизмы, обеспечивающие жизнедеятельность более сложных систем. С другой стороны – по сравнению с добычей газа или нефти ущерб от теплового насоса минимален.

Оцените все «за» и «против» для принятия правильного решения.

 

Источники тепла для работы теплового насоса

 

Тепловые насосы берут тепло из тех природных источников, которые накапливают солнечную радиацию в течение теплого периода. В зависимости от источника тепла различаются и тепловые насосы.

 

Грунт

 

Грунт – самый стабильный источник тепла, которое накапливается за сезон. На глубине 5 – 7 м температура грунта практически всегда постоянна и равна примерно +5 – +8 °С, а на глубине 10 м – всегда постоянна +10 °С. Способов сбора тепла с грунта два.

Горизонтальный грунтовый коллектор представляет собой уложенную горизонтально трубу, по которой циркулирует теплоноситель. Глубина расположения горизонтального коллектора высчитывается индивидуально в зависимости от условий, иногда это 1,5 – 1,7 м – глубина промерзания грунта, иногда ниже – 2 – 3 м для обеспечения большей стабильности температуры и меньшей разницы, а иногда всего 1 – 1,2 м – здесь грунт начинает быстрее прогреваться весной. Бывают случаи, когда обустраивают двухслойный горизонтальный коллектор.

Трубы горизонтального коллектора могут иметь различный диаметр 25 мм, 32 мм и 40 мм. Форма их раскладки тоже может быть разной – змейка, петля, зигзаг, различные спирали. Расстояние между трубами в змейке должно быть не менее 0,6 м, и обычно составляет 0,8 – 1 м.

Удельный теплосъем с каждого погонного метра трубы зависит от структуры грунта:

• Песок сухой – 10 Вт/м;
• Глина сухая – 20 Вт/м;
• Глина более влажная – 25 Вт/м;
• Глина с очень большим содержанием воды – 35 Вт/м.

Для отопления дома площадью 100 м2 при условии, что грунт представляет собой влажную глину, понадобится 400 м2 площади участка под коллектор. Это довольно много – 4 – 5 соток. А с учетом того, что на данном участке не должно быть никаких строений и допускается только газон и клумбы с однолетними цветами, то не каждый может себе позволить обустроить горизонтальный коллектор.

По трубам коллектора течет специальная жидкость, ее еще называют «рассол» или антифриз, например, 30% раствор этиленгликоля или пропиленгликоля. «Рассол» собирает на себя тепло грунта и направляется к тепловому насосу, где передает его хладагенту. Остывший «рассол» снова течет в грунтовый коллектор.

Вертикальный грунтовый зонд представляет собой систему труб, заглубленных на 50 – 150 м. Это может быть всего одна U-образная труба, опущенная на большую глубину 80 – 100 м и залитая бетонным раствором. А может быть система U-образных труб, опущенных на 20 м, чтобы собрать энергию с большей площади. Выполнение бурильных работ на глубину 100 – 150 м не только дорого стоит, но и требует получения специального разрешения, именно поэтому часто идут на хитрость и обустраивают несколько зондов небольшой глубины. Расстояние между такими зондами делают 5 – 7 м.

Удельный теплосъем с вертикального коллектора также зависит от породы:

• Осадочные породы сухие – 20 Вт/м;
• Осадочные породы, насыщенные водой, и каменистая почва – 50 Вт/м;
• Каменистая почва с высоким коэффициентом теплопроводности – 70 Вт/м;
• Подземные (грнутовые) воды – 80 Вт/м.

Площадь под вертикальный коллектор необходима совсем маленькая, но стоимость их обустройства выше, чем у горизонтального коллектора. Достоинством вертикального коллектора также является более стабильная температура и больший теплосъем.

 

Вода

 

Использовать воду в качестве источника тепла можно по-разному.

Коллектор на дне открытого незамерзающего водоема – реки, озера, моря – представляет собой трубы с «рассолом», притопленные с помощью груза. За счет высокой температуры теплоносителя этот способ получается самым выгодным и экономичным. Обустроить водный коллектор могут только те, от кого водоем находится не дальше 50 м, иначе теряется эффективность установки. Как Вы понимаете, такие условия есть не у всех. Но не использовать тепловые насосы жителям побережья просто недальновидно и глупо.

Коллектор в канализационных стоках или сбросовой воде после технических установок можно использовать для отопления домов и даже многоэтажек и промышленных предприятий в черте города, а также для приготовления горячей воды. Что с успехом делается в некоторых городах нашей Родины.

Скважинную или грунтовую воду используют реже, чем другие коллекторы. Такая система подразумевает строительство двух скважин, из одной забирается вода, которая передает свое тепло хладагенту в тепловом насосе, а во вторую сбрасывается остывшая вода. Вместо скважины может быть фильтрационный колодец. В любом случае сбросовая скважина должна находиться на расстоянии 15 – 20 м от первой, да еще и ниже по течению (подземные воды тоже имеют свое течение). Данная система довольно сложна в эксплуатации, так как за качеством поступаемой воды необходимо следить – фильтровать ее, и защищать детали теплового насоса (испаритель) от коррозии и загрязнения.

 

Воздух

Самую простую конструкцию имеет система отопления с воздушным тепловым насосом. Никакого дополнительного коллектора не нужно. Воздух из окружающей среды напрямую поступает к испарителю, где передает свое тепло хладагенту, а тот в свою очередь передает тепло теплоносителю внутри дома. Это может быть воздух для фанкойлов или вода для теплого пола и радиатора.

Затраты на установку воздушного теплового насоса самые минимальные, но зато производительность установки очень зависит от температуры воздуха. В регионах с теплыми зимами (до +5 – 0 °С) это один из самых экономичных источников тепла. А вот если температура воздуха опускается ниже -15 °С производительность падает настолько, что не имеет смысла использовать насос, а выгоднее включить обычный электрообогреватель или котел.

На воздушные тепловые насосы для отопления отзывы весьма противоречивы. Все зависит от региона их использования. Их выгодно использовать в регионах с теплыми зимами, например, в Сочи, где даже не понадобится дублирующий источник тепла на случай сильных морозов. Также можно устанавливать воздушные тепловые насосы в регионах, где относительно сухой воздух и температура зимой до -15 °С. А вот во влажном и холодном климате такие установки страдают от обледенения и обмерзания. Налипающие на вентиляторе сосульки не дают нормально работать всей системе.

 

Отопление тепловым насосом: стоимость системы и расходы на эксплуатацию

 

Мощность теплового насоса подбирается в зависимости от тех функций, которые на него будут возложены. Если только отопление, то расчеты можно произвести в специальном калькуляторе, учитывающем тепловые потери здания. Кстати, наилучшие показатели работы теплового насоса при тепловых потерях здания не более 80 – 100 Вт/м2. Для простоты примем, что для отопления дома в 100 м2 с потолками высотой 3 м и теплопотерями 60 Вт/м2 необходим насос мощностью 10 кВт. Для подогрева воды придется взять агрегат с запасом по мощности – 12 или 16 кВт.

Стоимость теплового насоса зависит не только от мощности, но и от надежности и запросов производителя. Например, агрегат мощностью 16 кВт российского производства обойдется в 7000 у.е., а иностранный насос RFM 17 мощностью 17 кВт стоит порядка 13200 у.е. со всем сопутствующим оборудованием, кроме коллектора.

Следующей строкой расходов будет обустройство коллектора. Она тоже зависит от мощности установки. Например, для дома 100 м2, в котором везде установлены теплые полы (100 м2) или радиаторы отопления 80 м2, а также для подогрева воды до +40 °С объемом 150 л/час потребуется выполнить бурение скважин под коллекторы. Такой вертикальный коллектор обойдется в 13000 у.е.

Коллектор на дне водоема обойдется чуть дешевле. При таких же условиях он будет стоить 11000 у.е. Но лучше стоимость монтажа геотермальной системы уточнять в специализирующихся компаниях, она может очень сильно отличаться. Например, обустройство горизонтального коллектора для насоса мощность 17 кВт обойдется всего в 2500 у.е. А для воздушного теплового насоса коллектор не нужен вовсе.

Итого, стоимость теплового насоса 8000 у.е. в среднем, обустройство коллектора 6000 у.е. в среднем.

В ежемесячную стоимость отопления тепловым насосом входят только расходы на электроэнергию. Рассчитать их можно так – на насосе должна быть указана потребляемая мощность. Например, для вышеупомянутого насоса мощностью 17 кВт потребляемая мощность составляет 5,5 кВт/час. Всего отопительная система работает 225 дней в году, т.е. 5400 часов. С учетом того, что тепловой насос и компрессор в нем работают циклически, то расход электроэнергии необходимо уменьшить вдвое. За отопительный сезон будет потрачено 5400ч*5,5кВт/ч/2=14850 кВт.

Умножаем количество затраченных кВт на стоимость энергоносителя в Вашем регионе. Например, 0,05 у.е. за 1 кВт/час. Итого за год будет потрачено 742,5 у.е. За каждый месяц, в котором работал тепловой насос на отопление, приходится по 100 у.е. расходов на электроэнергию. Если же поделить расходы на 12 месяцев, то в месяц получится 60 у.е.

Обратите внимание, что чем меньше потребляемая мощность теплового насоса, тем меньше ежемесячные расходы. Например, есть насосы 17 кВт, которые за год потребляют всего  10000 кВт (расходы 500 у.е.). Также немаловажно, что производительность теплового насоса тем больше, чем меньше разница температур между источником тепла и теплоносителем в системе отопления. Именно поэтому говорят, что выгоднее устанавливать теплый пол и фанкойлы. Хотя стандартные радиаторы отопления с высокотемпературным теплоносителем (+65 – +95 °С) тоже можно устанавливать, но с дополнительным аккумулятором тепла, например, бойлером косвенного нагрева. Для донагрева воды в ГВС также используется бойлер.

Тепловые насосы выгодны при использовании в бивалентных системах. В дополнение к насосу можно установить солнечный коллектор, который сможет полностью обеспечивать насос электроэнергией летом, когда тот будет работать на охлаждение. Для зимней подстраховки можно добавить теплогенератор, который будет догревать воду для ГВС и высокотемпературных радиаторов.

Тепловые насосы для отопления дома своими руками, принцип действия

Наличие отопления и горячей воды в загородном доме, неотъемлемая составляющая комфорта и удобства. Чаще всего, получаем мы это тепло с помощью специальных электрических приборов, при этом стоимость электричества с каждым годом неуклонно растет. Есть ли выход из этой ситуации? Можно ли получать тепло иным способом, при этом используя только окружающую среду? Ответ — можно! Для этого существуют специализированные системы — тепловые насосы для отопления дома.

Тепловой насос — это оборудование, которое забирает тепло из любого источника окружающей среды, выше определенной температуры, пропускает через несколько циркуляционных контуров, и подает в систему отопления дома уже горячее вещество (может быть воздух или воды, подробнее читайте ниже о видах).

В отличии от других электрических обогревателей, энергия тратится не на обогрев, а только на перекачку тепла. Таким образом, получаем солидную экономию электроэнергии. Для сравнения, тепловые насосы потребляют примерно на 80% меньше электричества, чем, например, те же электрические котлы.

Принцип работы теплового насоса

Для многих данного рода системы отопления кажутся чрезмерно сложными и дорогими, но на самом деле с системой, подобной тепловому насосу мы встречаемся почти каждый день. Обычный домашний холодильник — это разновидность теплового насоса, только работающего в обратную сторону, то есть на охлаждение. Тепло из морозильной камеры забирается, нагревает хладагент, который затем циркулирует в радиаторе на задней стенке, поэтому стенки холодильника часто теплые или горячие.

Устройство

Основными узлами теплового насоса являются:

• компрессор;
• теплообменник;
• управляющий модуль.

Наиболее важную функцию в передаче тепла, выполняет именно компрессор, поэтому подробнее разберем принцип его работы. Как правило, в тепловых насосах устанавливаются спиральные компрессоры. Внутри такого компрессора установлены 2 спиралевидные пластины, одна из которых жестко закреплена, а другая подвижна. Подвижная пластина находится между витками неподвижной.

Принцип сжатия спирального компрессора заключается в том, что между пластинами попадает несжатый воздух, подвижная пластина совершает колебания, похожие на круговые, и тем самым постепенно сгоняя попавший воздух к центру спирали, соответственно объем, в котором было первоначальное количество воздуха уменьшается и тем самым температура воздуха увеличивается.

Принцип действия теплового насоса для отопления дома

• теплоноситель циркулирует по контуру, который контактирует с окружающей средой, будь это вода, почва или воздух, и забирает некоторое количество тепла;
• после прохождения внешнего контура, теплоноситель попадает в теплообменник, который еще называется испарителем. Теплообменник заполнен хладагентом, который преобразуется из жидкого состояния в газообразное, по средствам высокого давления, при этом температура в испарителе должна быть -5 С;
• после испарителя хладагент в газообразном состоянии переходит в компрессор, где под действием высокого давления (сжатия), температура его возрастает;
• далее, уже нагретый газ попадает во второй теплообменник, который называется конденсатор, где теплом обмениваются: нагретый ранее газ и хладагент, циркулирующий по внутреннему контуру (который, как правило, уже является системой отопления дома). Подача тепла в отопительную систему регулируется специальным редукционным клапаном. С помощью этого клапана давление понижается, хладогент остывает и цикл начинается снова.

Что может быть источником тепла?

Источником тепла для теплового насоса может быть любой объект с температурой более 1 С, например:

• незамерзающий грунт на глубине;
• вода в рекфе или озере под льдом;
• вода из скважины.

Этого вполне достаточно для того, чтобы на выходе получить нагрев в 60 С.

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.

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.

Преимущества и недостатки

Устанавливая тепловой насос в загородном доме, вы получаете следующие преимущества:

• значительную экономию электроэнергии;
• комфорт, поскольку тепловой насос оснащен климат-контролем, с возможностью регулирования температуры, а также немаловажным фактором является то, что насос работает без постоянного участия человека;
• экологичность. Во время работы теплового насоса не выделяются никакие вредные вещества;
• безопасность. Все процессы, протекающие в цикле насоса, не являются пожаро- или взрывоопасными.

К недостаткам можно отнести:

• высокую стоимость. Окупаемость среднестатистического теплового насоса происходит в течение 5-7 лет, поэтому он будет полезен, если вы рассчитываете на долгосрочную перспективу;
• возможные ограничения по насаждениям и строительстве на участке;
• тепловой насос требует тщательно утепленного дома.

Тепловой насос своими руками

Многие владельцы загородных домов, обращая внимание на высокую стоимость оборудования, задаются вопросом, можно ли сделать тепловые насосы для отопления дома своими руками? С одной стороны, сделать такой насос можно, но вопрос в том, насколько такое оборудование будет надежным и качественным.

Необходимо учитывать, что оборудование состоит из множества высокотехнологичных частей, таких как компрессор, испаритель, конденсатор, различных клапанов и устройства, регулирующего температуру и работу клапанов, иными словами компьютер по управления насосом.

• компрессор так или иначе вам придется приобретать в магазине;
• в случае конденсатора, можно использовать емкость (бак) из нержавеющей стали. Внутри которого, необходимо разместить змеевик из медной трубы (бак разрезается пополам, монтируется змеевик и заваривается бак). Желательно выбирать трубы с более толстыми стенками, также необходимо предусмотреть выходы труб из бака для подключения к внутреннему контуру отопления дома;
• для испарителя подойдет пластиковая емкость, например, пластиковая бочка. В ней также нужно разместить змеевик и подготовить выходы из обычных сантехнических труб;
• подготовив внутренние и внешние контуры циркуляции из труб, можно спаивать трубы и заправлять систему хладагентом.

Экономия

Безусловно, при покупке и монтаже теплового насоса придется потратить достаточно большую цену. Срок окупаемости составит несколько лет, но затем экономичность данного оборудования будет только радовать владельца.

Например, для отопления дома, площадью 80 м2 с помощью электрических котлов, понадобиться 4 кВт электроэнергии, в то время, как тепловой насос затратит лишь 1 кВт.

 

Обзор тепловых насосов для отопления

Тепловой насос — хорошая альтернатива традиционному отоплению частного дома. Прибор, используемый в течение 30 лет в странах Запада, в России еще является новинкой. Препятствием для его широкого использования являются два фактора: высокая стоимость и недостаток сведений о тепловых насосах, их преимуществах и принципах работы. Показателем практичности геотермальной системы отопления служит ее популярность на Западе. Так, тепловыми насосами в Швеции и Норвегии отапливаются около 95% домов. Предлагаем вам подробнее ознакомиться с устройством и принципами работы этого теплового оборудования, за которым, непременно, будущее.

Что такое тепловой насос?

Тепловой насос — прибор, поглощающий из окружающей среды (вода, земля, воздух) низко потенциальную тепловую энергию и передающий ее в системы теплоснабжения с более высокой температурой.

Природа вокруг нас пропитана энергией. Даже мороз обладает теплом. Энергию невозможно извлечь из окружающей среды только при температуре -273 °С. Поэтому даже в самую лютую зиму загородный дом может отапливаться за счет энергии, полученной от природы.

В зависимости от источника энергии (вода, земля, воздух), происходит модификация тепловых насосов. Однако наиболее практичным и испытанным является геотермальный тепловой насос, применяющий энергию грунта. Он идеально подходит для российских условий.

Геотермальное отопление работает по одному из трех направлений:

1. Сквозь специальную трубу, установленную в скважине, грунтовые воды извлекаются на поверхность земли. Они имеют определенную температуру. Проходя через теплообменник, вода передает свое тепло, за счет которого совершается прогрев дома. Затем вода возвращается в грунт, ниже по течению.
2. В скважину глубиной примерно 75 — 100 метров опускается резервуар с антифризом, температура которого может повышаться от окружающего грунта. Тепловой насос разгоняет антифриз и пропускает его через теплообменник. За счет этого совершается отдача тепла.
3. В данном случае бурение скважины не предусматривается, однако дом должен находиться рядом с крупным водоемом. Специальная магистраль в виде зондов прокладывается по дну водоема. Таким образом происходит перекачивание воды и извлечение из нее тепла. Важный нюанс — достаточная глубина водоема, которая даже зимой под толщей льда позволит сохранять до 150 сантиметров свободной воды.

Использование геотермального отопления, как и любой системы теплоснабжения, позволит не только обогреть дом, но и обеспечить горячей водой, обогреть автостоянку или теплицу, нагреть воду в бассейне

Преимущества использования теплового насоса

• Экономичность. Благодаря высокому КПД системы достигается низкое энергопотребление. Из 1 кВт затраченной электроэнергии получается от 3 до 7 кВт тепловой энергии. Это больше, чем при работе любых котлов, использующих топливо.
• Автономность. Работа насоса не нуждается в подаче органического топлива, поэтому нет необходимости прокладывать тепловые коммуникации.
• Универсальность. В одном устройстве сочетаются одновременно системы нагрева воды, отопления и охлаждения.
• Безопасность. В отличие от котлов, которые могут воспламениться или взорваться, тепловой насос является абсолютно безопасным. Он не содержит деталей, температура которых может привести к пожару. Не выделяет угарный ядовитый газ. Остановка работы не приведет к поломке или замораживанию жидкости.
• Надежность. Работой насоса управляет автоматика. Обслуживание не требует специального обучения.
• Долговечность. Прибор может прослужить от 20 до 50 лет. Это на порядок больше, чем у стандартных систем отопления.
• Комфорт. Функционирование насоса не сопровождается колебанием температуры и влажности. Работает практически бесшумно.
• Минимум площади требуется под скважину. Так как зонд находится под землей, повредить его невозможно.
• Экологичность. Окружающая среда не загрязняется вредными выбросами.
• Отсутствие бумажной волокиты. При монтаже не нужны согласования, как, например, при установке газового отопления.

Принцип работы теплового насоса

Работу теплового насоса можно сравнить с работой обычного холодильника. Только вместо холода аппарат вырабатывает тепло. Веществом, передающим энергию, является фреон — газ или жидкость с низкой температурой кипения. При испарении он поглощает тепло, а при конденсации — отдает его.

Тепловой насос — главный элемент системы. Его размеры не превышают габаритов средней стиральной машины, что облегчает установку прибора. Сам насос включается в два контура: внутренний и внешний.

Внутренний контур состоит из системы теплоснабжения дома (трубы и радиаторы).Внешний контур находится в воде или под землей. Он включает в себя коллектор-теплообменник и трубы, связывающие коллектор с насосом.

Тепловые насосы комплектуются различными дополнительными устройствами. Это могут быть:

• коммуникационное устройство для управления системой через персональный компьютер или мобильный телефон;
• блок охлаждения для локальной или центральной системы охлаждения;
• дополнительный насосный блок может потребоваться для отопления полов;
• циркуляционный насос необходим для циркуляции горячей воды;

Процесс работы насоса состоит из нескольких этапов:

1. Незамерзающая смесь подается в коллектор. Происходит поглощение тепловой энергии и транспортировка ее к насосу.
2. В испарителе энергия передается фреону, где он нагревается до 8 °C, закипает и превращению в пар.
3. При увеличении давления в компрессоре повышается температура. Она может достигать 70 °C.
4. Внутридомовая система отопления получает тепловую энергию через конденсатор. Фреон мгновенно охлаждается и переходит в жидкое состояние, отдавая при этом оставшееся тепло. Затем он идет обратно в коллектор. Так завершается цикл.
5. Далее работа повторяется по тому же принципу.

Наиболее эффективно тепловой насос функционирует при наличии в доме теплых полов. Тепло распределяется по всей площади пола равномерно. При этом отсутствуют зоны перегрева. Теплоноситель в системе редко нагревается больше 35 °C, а отопление путем нагрева полов считается наиболее комфортным при 33 °C. Это меньше на 2 °C чем при отоплении радиаторами. Отсюда возникает экономия до 18% в год от всего отопительного бюджета. Кроме того, считается, что отопление на уровне пола наиболее комфортно для проживания человека.

Система отопления может быть моновалентной и бивалентной. У моновалентных систем один источник отопления. Он полностью отвечает круглогодичной потребности в тепле. У бивалентных, соответственно, — два источника.

Отопление дома в зимний период

На территории с более суровыми климатическими условиями актуально использование бивалентной системы отопления. За счет второго источника тепла расширяется диапазон температур. Работы одного теплового насоса достаточно только до уровня температуры -20 °С. При большем ее понижении подключаются электрообогреватель, камин, жидкотопливный или газовый котел. При этом мощность теплового насоса ограничивается от максимальной зимней потребности до 70 — 80%. Недостающие 20 — 30% дает дополнительный источник тепла. Это снижает общую эффективность работы системы. Однако снижение является незначительным.

При полном переходе на отопление здания геотермальной системой (в случае, когда не планируется устанавливать дополнительно котел или электроприбор) тепловой насос применяется совместно с внутренним модулем, содержащим небольшой встроенный электронагреватель. Он поддержит прибор, когда температура окружающей среды будет ниже -20 °С.

В каких случаях использование теплового насоса является обоснованным?

Вопрос отопления загородного дома предполагает рассмотрение нескольких вариантов:

• Газ. При отсутствии рядом с домом газопровода это становится невозможным. В ряде регионов купить газ можно только в баллонах.
• Уголь или дрова. С ними отопление превращается в трудоемкий и малоэффективный процесс.
• Жидкотопливный котел требует больших расходов на топливо и специального помещения. Особое хранение необходимо и самому топливу, что неудобно в небольшом доме.
• Отопление электричеством обходится очень дорого.

В таком случае на помощь приходит геотермальная система отопления. Ее используют даже там, где доступен газ. Установка теплового насоса дороже установки оборудования для отопления газом. Однако, газ в дальнейшем придется оплачивать постоянно, в отличие от энергии, взятой из окружающей среды.

Окупаемость теплового насоса сложно выразить в усредненном числовом значении. Все зависит от его начальной стоимости. Суть установки такого отопления сводится к перспективе. Хотя количество потребляемой электроэнергии — в 3−5 раз меньше, чем у других систем отопления, все же необходимо подсчитать в денежном эквиваленте все энергозатраты за год и сравнить их со стоимостью системы, ее монтажа и эксплуатации.

Достигнуть максимальной эффективности применения теплового насоса можно при соблюдении двух важных условий:

• Отапливаемое здание должно быть утепленным, а показатель теплопотерь не должен превышать 100 Вт/м2. Существует прямая связь между тем, как утеплен дом и тем, насколько выгодно будет установка теплонасоса.
• Подключение теплового насоса к низкотемпературным источникам обогрева (конвекторам, теплым полам), температурный режим которых колеблется между 30 — 40 °C.

Итак, тепловой насос станет неплохой альтернативой традиционным способам отопления. Прибор гарантирует экономичность и полную безопасность. Владельцу, после установки геотермальной системы отопления, не придется зависеть от различных внешних факторов, как, например, перебои с газоснабжением или вызовом сервисной службы. Энергия, взятая из окружающей среды, не требует оплаты и не исчерпывается.

В соответствии с прогнозами Мирового комитета по энергетике в 2020 г. геотермальные насосы составят три четверти всего отопительного оборудования.

Практика применения тепловых насосов: видео

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Эксплуатация и обслуживание теплового насоса

Вы здесь

Регулярная замена фильтров — важная часть обслуживания системы теплового насоса.| Фото любезно предоставлено © iStockphoto / BanksPhotos

Правильная эксплуатация теплового насоса позволит сэкономить энергию. Не отключайте термостат теплового насоса, если он вызывает включение резервного нагрева — системы резервного отопления обычно дороже в эксплуатации. Непрерывная работа вентилятора внутреннего блока может снизить производительность теплового насоса, если в вашей системе не используется высокоэффективный двигатель вентилятора с регулируемой скоростью.Включите систему в автоматическом режиме вентилятора на термостате. Рассмотрите возможность установки (или профессиональной установки) программируемого термостата с многоступенчатыми функциями, подходящего для теплового насоса.

Как и все системы отопления и охлаждения, правильное обслуживание является ключом к эффективной работе. Разница между энергопотреблением исправного теплового насоса и сильно запущенного составляет от 10% до 25%.

Очищайте или меняйте фильтры раз в месяц или по мере необходимости и обслуживайте систему в соответствии с инструкциями производителя.Грязные фильтры, змеевики и вентиляторы уменьшают поток воздуха через систему. Снижение воздушного потока снижает производительность системы и может повредить компрессор вашей системы. Очищайте наружные змеевики всякий раз, когда они кажутся грязными; время от времени отключайте вентилятор и чистите его; удалите растительность и беспорядок вокруг наружного блока. Очистите регистры подачи и возврата в вашем доме и выпрямите их плавники, если они согнуты.

У вас также должен быть профессиональный технический специалист для обслуживания теплового насоса не реже одного раза в год.Техник может сделать следующее:

• Проверить воздуховоды, фильтры, нагнетатель и внутренний змеевик на предмет грязи и других препятствий
• Диагностировать и закрыть утечку в воздуховоде
• Проверить адекватный воздушный поток путем измерения
• Проверить правильность заправки хладагента путем измерения
• Проверить на утечку хладагента
• Осмотрите электрические клеммы и, при необходимости, очистите и затяните соединения и нанесите непроводящее покрытие
• Смажьте двигатели и проверьте ремни на герметичность и износ
• Проверьте правильность электрического управления, убедившись, что нагрев заблокирован при термостат требует охлаждения и наоборот.
• Проверить правильность работы термостата.

Эксплуатация и обслуживание теплового насоса

.

Тепловой насос — Energy Education

Рис. 1. Наружные компоненты бытового теплового насоса. ^[1]

Тепловой насос — это устройство, которое забирает энергию из воздуха с целью обогрева или охлаждения помещения. Этот процесс известен как кондиционирование пространства. ^[2] Тепловые насосы работают как тепловая машина в обратном направлении, поскольку они работают от источника электричества, перемещая тепло из холодного места в теплое. Это, казалось бы, нарушило бы Второй закон термодинамики, но основная причина, по которой это не так, заключается в том, что эта теплопередача не является спонтанной ; для этого требуется вложенная энергия.Для отопления дома тепловой насос извлекает тепло из наружного воздуха, еще больше нагревает теплый воздух и передает его в помещение. Для домашнего охлаждения тепловой насос меняет этот процесс, и тепло извлекается из воздуха в помещении и выводится наружу, как в холодильнике или кондиционере, тем самым охлаждая внутренний воздух. ^[2]

Операция

Цикл нагрева

Цикл нагрева теплового насоса работает, забирая тепло из внешнего воздуха, нагревая его дальше и используя этот теплый воздух для нагрева воздуха в помещении.Это делается следующим образом: ^[2]

1. Жидкий хладагент поглощает тепло в «испарителе» наружного воздуха, превращаясь в газ.
2. Хладагент проходит через «компрессор», который повышает давление газа, повышая его температуру.
3. Горячий газ протекает через «змеевики конденсатора» внутри обогреваемого пространства, и, поскольку он имеет более высокую температуру, чем это пространство, он передает тепло в комнату и снова конденсируется в жидкость.
4. Жидкость, наконец, течет обратно через клапан, который снижает ее давление, чтобы охладить ее и повторить цикл.

Это можно увидеть на картинке ниже.

Рис. 2: Процесс и части, участвующие в цикле нагрева. ^[3]

Цикл охлаждения

Цикл охлаждения теплового насоса используется для охлаждения помещения путем отвода тепла от него и отвода его в другое место, обычно на улицу для кондиционирования воздуха или в комнату для холодильника.Для этого «испаритель» и «змеевики конденсатора» меняются ролями, и поток хладагента меняется на противоположный: ^[2]

1. Холодный хладагент поглощает тепло из более горячего помещения в испарителе, поэтому помещение охлаждается.
2. Затем пропускают через компрессор для повышения его температуры.
3. Он проходит через змеевики конденсатора и передает это тепло наружному воздуху.
4. Затем он расширяется, чтобы снизить давление, и охлаждается до температуры ниже комнатной, чтобы повторить цикл.

Этот процесс можно визуализировать на рисунке 3.

Рисунок 3: Цикл охлаждения теплового насоса. ^[3]

Коэффициент полезного действия

основной артикул

Производительность теплового насоса выражается отношением тепловой мощности к работе, которую необходимо выполнить. По сути, эта величина показывает, сколько охлаждения или обогрева делается на доллар (электричество в конце концов не бесплатное). Этот коэффициент известен как коэффициент полезного действия (K), представленный уравнением: ^[2]

[math] K = \ frac {heat} {электричество} [/ math]

Итак, для отопления этот коэффициент равен:

[math] K = \ frac {Q_H} {W_ {in}} [/ math]

а для охлаждения это:

[math] K = \ frac {Q_C} {W_ {in}} [/ math]

где:

• [math] Q_H [/ math] — количество тепла, подводимого к комнате для ее обогрева.
• [math] Q_C [/ math] — это тепло, излучаемое из комнаты для охлаждения.
• [math] W_ {in} [/ math] — это затраты на работу в виде электричества

Чем выше значение этого коэффициента, тем лучше тепловой насос передает тепло, поскольку для передачи определенного количества тепла требуется меньше работы.Однако существует предел, установленный законами энтропии и вторым началом термодинамики.

Кондиционер

основной артикул

Кондиционер (A / C) — это система, которая работает по тем же основным принципам, что и тепловые насосы, хотя для них требуются некоторые другие компоненты. ^[4] Кондиционеры не так универсальны, как тепловые насосы, потому что они выполняют только функцию охлаждения. Однако во многих случаях они имеют более практическое применение, поскольку некоторые места на Земле не требуют обогрева.Они работают, по сути, выполняя тот же цикл охлаждения, что и тепловые насосы.

Список литературы

1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Heat_Pump.jpg
2. ↑ ^{2,0 2,1 2,2 2,3 2,4} Р. А. Хинрихс и М. Кляйнбах, «Энергосбережение в домашних условиях и управление теплопередачей», в книге Энергия: ее использование и окружающая среда , 4-е изд. Торонто, Онтарио.Канада: Томсон Брукс / Коул, 2006, глава 5, раздел G, стр. 149-153.
3. ↑ ^{3,0 3,1} Адаптировано из Энергия: ее использование и окружающая среда Р. Хинрихса и М. Кляйнбаха.
4. ↑ Consumer Energy Center, Системы центрального отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC) [Online], доступно: http://www.consumerenergycenter.org/residential/heating_cooling/heating_cooling.html

.

Principles of Heating and Cooling

Понимание того, как тепло передается с улицы в ваш дом и от вашего дома к вашему телу, важно для понимания проблемы поддержания прохлады в вашем доме. Понимание процессов, которые помогают сохранять ваше тело прохладным, важно для понимания стратегий охлаждения вашего дома.

Принципы теплопередачи

Тепло передается к объектам и от них — например, к вам и вашему дому — посредством трех процессов: теплопроводности, излучения и конвекции.

Проводимость — это тепло, проходящее через твердый материал. В жаркие дни тепло попадает в ваш дом через крышу, стены и окна. Теплоотражающие крыши, изоляция и энергоэффективные окна помогут снизить теплопроводность.

Излучение — это тепло, перемещающееся в виде видимого и невидимого света. Солнечный свет — очевидный источник тепла для дома. Кроме того, низковолновое невидимое инфракрасное излучение может переносить тепло непосредственно от теплых предметов к более холодным.Благодаря инфракрасному излучению вы можете почувствовать тепло горячего элемента конфорки на плите даже через всю комнату. Старые окна позволят инфракрасному излучению, исходящему от теплых предметов снаружи, проникать в ваш дом; оттенки могут помочь заблокировать это излучение. Новые окна имеют низкоэмиссионные покрытия, которые блокируют инфракрасное излучение. Инфракрасное излучение также будет переносить тепло от стен и потолка прямо к вашему телу.

Конвекция — еще одно средство для достижения тепла от ваших стен и потолка.Горячий воздух естественным образом поднимается вверх, унося тепло от стен и заставляя его циркулировать по всему дому. Когда горячий воздух проходит мимо вашей кожи (и вы вдыхаете его), он согревает вас.

Охлаждение вашего тела

Ваше тело может охладиться посредством трех процессов: конвекции, излучения и потоотделения. Вентиляция усиливает все эти процессы. Вы также можете охладить свое тело с помощью теплопроводности — например, некоторые автокресла теперь оснащены охлаждающими элементами, — но это обычно нецелесообразно для использования в вашем доме.

Конвекция возникает, когда тепло уносится от вашего тела через движущийся воздух. Если окружающий воздух холоднее вашей кожи, воздух поглотит ваше тепло и поднимется. По мере того, как нагретый воздух поднимается вокруг вас, более прохладный воздух движется, чтобы занять его место и поглотить больше вашего тепла. Чем быстрее движется конвекционный воздух, тем прохладнее вы чувствуете.

Излучение возникает, когда тепло распространяется через пространство между вами и предметами в вашем доме. Если предметы теплее, чем вы, тепло пойдет к вам.Удаление тепла через вентиляцию снижает температуру потолка, стен и мебели. Чем прохладнее ваше окружение, тем больше тепла вы излучаете на объекты, а не наоборот.

Perspiration может быть неудобным, и многие люди предпочли бы сохранять спокойствие без него. Однако во время жаркой погоды и физических упражнений пот — это мощный охлаждающий механизм тела. Когда влага покидает поры кожи, она переносит с собой много тепла, охлаждая ваше тело.Если ветерок (вентиляция) проходит по вашей коже, эта влага испарится быстрее, и вам будет еще прохладнее.

.

тепловых насосов в Великобритании: типы, цены, поставщики (2020)

Почему тепловые насосы — эффективное решение для вашего дома?

С ростом популярности возобновляемых источников энергии, тепловые насосы стали эффективными альтернативами ископаемому топливу , и они могут значительно снизить ваши счета за коммунальные услуги или, что еще лучше, заставить вас зарабатывать деньги через RHI для тепловых насосов.

Проще говоря, тепловой насос — это устройство, которое передает тепло от источника (например, тепло почвы в саду) в другое место (например, в систему горячего водоснабжения в доме).Для этого тепловые насосы, в отличие от бойлеров, потребляют небольшое количество электроэнергии, но они часто достигают КПД 200-600% , поскольку количество произведенного тепла заметно выше, чем потребляемая энергия.

При рассмотрении вопроса о покупке теплового насоса необходимо учитывать множество факторов, таких как местоположение вашего дома и то, хотите ли вы, чтобы они нагревали горячую воду или обеспечивали отопление . Другие аспекты, такие как поставщик теплового насоса и ваш бюджет, также влияют на тип системы: источник воздуха, источник грунта или источник воды.

Если это звучит для вас интересно, но вы чувствуете себя ошеломленным, мы будем рады вам помочь. Читайте дальше, чтобы узнать больше о различных типах, или заполните контактную форму выше, и мы предоставим вам до 4 предложений на тепловые насосы, которые лучше всего подходят для вашего дома. Эта услуга бесплатно и без каких-либо обязательств .

Затраты на тепловой насос и финансовые выгоды в Великобритании

Тепловые насосы — это недешевое вложение для вашего дома в краткосрочной перспективе, но они имеют множество долгосрочных преимуществ.Эксплуатационные расходы тепловых насосов довольно низкие , особенно по сравнению с различными электрическими, масляными и баллонными газовыми котлами.

Более того, вы не только месяц за месяцем экономите на счетах за электроэнергию, но и такие устойчивые решения также получают финансовую поддержку со стороны правительства Великобритании. Если вы подадите заявку на так называемую программу Renewable Heat Incentive (RHI), вам будут платить за каждую единицу энергии, произведенной в общей сложности в течение 7 лет.

Ваш выбор теплового насоса зависит не только от вашей собственности, но и от вашего бюджета может также повлиять на ваше решение.Некоторые типы дешевле, чем другие, и выплаты RHI также различаются, как показано в таблице ниже.

Стоимость и платежи RHI для различных типов тепловых насосов

Тип	Диапазон цен	Платежи RHI * (за кВтч)
Тепловой насос наземного источника	20 000–40 000 фунтов стерлингов	20,89p
Воздушный тепловой насос	8 000–18 000 фунтов стерлингов	10.71p
Водяной тепловой насос	20 000–32 000 фунтов стерлингов	20,89p

* Указанные тарифы RHI определены Ofgem на период с 1 апреля 2019 г. по 31 марта 2020 г.

Заявление об ограничении ответственности: указанные выше диапазоны цен являются отражением объективных исследований, проведенных нашими поставщиками тепловых насосов. GreenMatch не может гарантировать, что это самые низкие цены, которые вы можете найти.Однако мы уверены, что вы получите удовольствие от покупки с помощью наших надежных сертифицированных установщиков тепловых насосов.

Какие плюсы и минусы тепловых насосов?

Тепловые насосы бесплатно извлекают тепло из почвы, окружающего воздуха или водоема. Затем это тепло передается для домашнего использования с помощью электрического компрессора. Однако этот компрессор потребляет значительно меньше энергии , чем бойлер. В результате тепловой насос обеспечивает почти бесплатное отопление вашего дома.

Преимущества

Хотя тепловые насосы могут быть значительными инвестициями для многих домохозяйств, их преимущества многочисленны:

• Правительство помогает домовладельцам, которые хотели бы использовать экологически безопасное решение для отопления, с помощью программы Renewable Heat Incentive (RHI), в рамках которой вы можете иметь право на получение оплаты за каждый кВтч произведенной энергии.
• Благодаря низким эксплуатационным расходам , вы можете сэкономить до 1350 фунтов стерлингов в год с помощью тепловых насосов по сравнению с традиционными вариантами отопления.Следовательно, через годы ваши вложения возвращаются, и вы начинаете зарабатывать деньги.
• Они требуют небольшого обслуживания : все, что необходимо, — это ежегодный осмотр, который также может быть выполнен вами, и осмотр сертифицированным специалистом каждые 3-5 лет.
• Срок службы тепловых насосов составляет в среднем от 14 до 15 лет . Однако качественные устройства могут прослужить до 50 лет.
• Они не только лучше для окружающей среды благодаря низкому энергопотреблению, но и делают ваш дом безопаснее , устраняя необходимость в газовых трубах и резервуарах для масла.
• И последнее, но не менее важное: многие тепловые насосы способны обратить вспять процесс сбора тепла, таким образом, обеспечивает охлаждение для вашего дома летом.

Недостатки

Однако тепловые насосы имеют и определенные недостатки:

• Первоначальные затраты довольно высоки. Однако вы должны рассматривать это как вложение: благодаря низким эксплуатационным расходам и RHI тепловые насосы легко рентабельны в долгосрочной перспективе.
• Их может быть сложно установить — особенно грунтовые тепловые насосы, установка которых зависит от местной геологии, и ваш сад становится строительной площадкой.
• Тепловые насосы являются наиболее эффективными при использовании в сочетании с полами с подогревом или, альтернативно, с большими радиаторами. Если в вашем доме установлена ​​старая радиаторная система, замена излучателей тепла может оказаться дорогостоящей.
• Хладагент , используемый в трубопроводной системе, также вызывает проблемы с окружающей средой.Однако в обычных условиях специальная жидкость никогда не должна выходить из трубопровода.

Какие существуют типы тепловых насосов?

Существуют различные типы в зависимости от источника тепла и его использования в доме. Хотя в Великобритании все типы тепловых насосов стоят инвестиций, ваш выбор зависит от двух вещей:

1. Если вы хотите, чтобы тепло извлекалось из почвы (что требует выкопки вашего сада для прокладки труб), из окружающего воздуха (который требует мало места, но вентилятор будет постоянно выделять небольшое количество тепла) шум), или из водоема (если он есть рядом с домом).
2. Если вы хотите, чтобы тепло использовалось для бытового горячего водоснабжения и обычного отопления с использованием радиаторов или полов, или вы предпочитаете обогрев дома с помощью вентиляции нагретым воздухом (аналогично тому, как кондиционер охлаждает комнату ).

Когда источником тепла является почва, мы говорим о тепловых насосах наземного источника . Точно так же те, которые используют окружающий воздух или водоем, называются тепловыми насосами , источник воздуха, и , источник воды, , соответственно.Эти общие термины затем могут быть разбиты в зависимости от области применения.

Подробнее о конкретных типах тепловых насосов см. Ниже:

Наземные тепловые насосы или геотермальные тепловые насосы в большинстве случаев используются для нагрева воды. С помощью дополнительных элементов системы можно использовать вентиляцию с подогревом воздуха с геотермальными системами, но гораздо чаще ее используют для обычных радиаторов и теплых полов.

Тепловые насосы как воздушного, так и водяного источников можно использовать для нагрева воды, а также воздуха в помещении в вашем доме.Когда используется для нагрева воды, мы имеем в виду тепловые насосы «воздух-вода» , и тепловые насосы «вода-вода». Системы водяного отопления и воздушного отопления называются тепловыми насосами типа «жидкость-воздух», которые являются своего рода специализированной продукцией. Вентиляцию горячим воздухом обычно обеспечивают тепловые насосы воздух-воздух . Последний также можно поменять местами и использовать для охлаждения вашего дома, однако он не соответствует требованиям RHI.

Что такое земной тепловой насос (GSHP)?

Существует множество систем геотермальных тепловых насосов.GSHP можно разделить на вертикальных и горизонтальных систем и открытых и закрытых -петлевых систем. Различные варианты влияют на цены на геотермальные тепловые насосы.

Системы с открытым контуром

Несмотря на то, что системы с открытым контуром называются тепловым насосом с грунтовым источником, они перекачивают грунтовые воды из глубины почвы, а затем, забирая из них тепло, воду перекачивают обратно. Такая система имеет более высокие эксплуатационные расходы, так как вам необходимо убедиться, что вода не пострадала, и необходимо соблюдать правила использования таких природных источников воды.

Системы с обратной связью

Системы тепловых насосов с замкнутым контуром и заземлением гораздо более распространены в Великобритании. Эти системы обеспечивают циркуляцию антифриза через закрытую пластмассовую полимерную трубку, закопанную в почву.

• Вертикальные наземные тепловые насосы: Для такой системы необходимо просверлить несколько отверстий в земле на расстоянии 5 метров друг от друга. Каждая яма имеет глубину 15–120 метров. На большей глубине температура значительно увеличивается, согревая незамерзающую жидкость.Затем эта жидкость возвращается через выходное отверстие, где нагревает хладагент, который остается в доме во второй системе. Главный недостаток системы — большие начальные вложения.

• Горизонтальные грунтовые тепловые насосы: Этот тип GSHP менее затратен, чем вертикальная система, так как он менее сложен. Чтобы установить горизонтальную геотермальную систему, земля должна быть выкопана чуть ниже линии промерзания . Затем спиральные трубы укладываются в землю, образуя спирали.Через систему проходит жидкость, которая нагревает хладагент во второй системе труб. Хотя эта система более доступна по цене, она требует больше места в саду и подвержена сезонным изменениям из-за меньшей глубины установки системы.

Радиальное или направленное бурение

Система с радиальным или направленным бурением — отличный вариант, когда невозможно изменить форму собственности. С помощью этой системы GSHP в земле просверливаются небольшие отверстия под углом , чтобы вставить трубы.Радиальное или направленное бурение позволяет установить систему GSHP без необходимости сносить сады, дворы, здания и т. Д. Стоимость системы находится где-то посередине между вертикальной и горизонтальной системами.

Что такое воздушный тепловой насос (ASHP)?

Тепловые насосы

с воздушным источником используют принципы сжатия пара для выработки тепла . Они используют наружный воздух для обогрева вашего дома. ASHP состоят из 4 основных элементов, которые позволяют хладагенту переходить из жидкой формы в газ: компрессор, конденсатор, расширительный клапан и испаритель.

Когда хладагент проходит через систему, он поглощает тепло из наружного воздуха. Затем компрессор увеличивает температуру за счет увеличения давления на . В конденсаторе это тепло с более высокой температурой передается в контуры отопления и горячего водоснабжения вашего дома. После этого среднетемпературная жидкость поступает в расширительный клапан, где при сбросе давления ее температура также падает. Наконец, охлажденная жидкость возвращается, чтобы поглотить больше тепла из воздуха и повторить процесс.

ASHP могут использоваться для нагрева воды для бытовых нужд, радиаторов и теплых полов. Такие системы называются тепловыми насосами воздух-вода (A2W). Если внезапно потребуется большое количество горячей воды, они также оснащены электрическим резистивным нагревательным элементом, который будет подавать дополнительную нагретую воду (однако с более низким КПД).

В качестве альтернативы можно использовать системы источника воздуха для нагрева и охлаждения воздуха в помещении с использованием тепловых насосов воздух-воздух (A2A).Они работают аналогично кондиционерам, но могут эффективно обогревать и охлаждать дом, что добавляет к списку преимуществ систем воздух-воздух.

Что такое тепловой насос с водяным источником (WSHP)?

Водяные тепловые насосы извлекают энергию из поверхностных вод . Хотя WSHP действительно эффективны, не все дома имеют поблизости достаточно большой водоем.

Системы с открытым контуром

Система WSHP с открытым контуром устанавливается в колодце или пруду. вода из пруда перекачивается по трубам ; как только тепло воды распространяется по системе и поглощается, оно возвращается обратно в пруд или пополняет колодец.

Системы с обратной связью

WSHP с замкнутым контуром может рассматривать любой, кто живет рядом с большим водоемом. Вода должна быть не менее 8 футов глубиной, чтобы избежать замерзания. WSHP с замкнутым контуром работают аналогично GSHP: специальная жидкость перекачивается через систему труб , проложенную в воде , которая забирает тепло воды и передает его компрессору для выработки полезного тепла.Системы с замкнутым контуром являются одним из наиболее эффективных вариантов, позволяющих снизить затраты на тепловые насосы, использующие воду.

Факторы, которые следует учитывать при покупке теплового насоса

Государственные программы стимулирования

Правительство Великобритании предоставляет две отдельные программы для поддержки установки устойчивых систем отопления:

• Поощрение за счет возобновляемых источников тепла для дома (RHI), который открыт для домовладельцев, социальных арендодателей, частных домовладельцев и застройщиков, с тарифами, представленными в таблице выше.
• Поощрение за счет возобновляемых источников тепла вне дома , которое открыто для государственного сектора, организаций и предприятий.

Что касается внутренних тарифов RHI, эти льготы гарантируют определенные цены на тепла, произведенное в течение 7 лет после подачи заявки. Для небытовой схемы RHI выгоды сильно различаются, что, следовательно, должно быть предметом обширных исследований для каждого отдельного случая.

Гарантийные сроки тепловых насосов

Системы с тепловым насосом обычно имеют гарантию от 2 до 3 лет , но также можно приобрести расширенную гарантию.Например, гарантия на качество изготовления системы обычно составляет около 10 лет. Так называемые национальные гарантии качества также обеспечивают различные виды защиты. Кроме того, производители и установщики могут дополнительно предлагать различные виды дополнительных гарантий.

Разрешения на проектирование тепловых насосов

Поскольку тепловые насосы обычно относятся к категории благоприятных возобновляемых источников энергии, часто нет необходимости в разрешениях на планирование. Однако из этого правила есть некоторые исключения.

Разрешения для GSHP

Если вы живете в заповедной зоне или в здании, внесенном в список памятников архитектуры, перед установкой GSHP обратитесь в местный совет, чтобы убедиться в соблюдении всех требований.

Разрешения для ASHP

Существуют разные правила для ASHP в Англии, Уэльсе и Шотландии.

Правила для Англии

• Тепловой насос должен быть построен в соответствии со стандартами планирования MCS.
• Любые дополнительные АШЭУ, ветряные турбины и т. Д.на собственности требуется дополнительное разрешение на строительство.
• Устройство должно находиться на расстоянии более 1 метра от границы собственности.
• Устройство нельзя устанавливать на скатной крыше. Также он не должен находиться у края плоской крыши.
• Заповедники, объекты всемирного наследия и т. Д. Требуют выполнения дополнительных критериев. Свяжитесь с вашим местным советом для получения дополнительной информации.

Правила для Шотландии

• На одном участке земли допускается использование только одного теплового насоса.
• Устройство должно находиться на расстоянии не менее 100 метров от любого другого жилого помещения.
• При строительстве в заповедной зоне устройство не должно быть видно с дороги.
• Он не может быть построен на месте всемирного наследия или памятнике архитектуры.

Правила для Уэльса

• Все установки с воздушным тепловым насосом требуют разрешения на проектирование.

Разрешения для WSHP

WSHP замкнутого цикла обычно не требуют разрешения на строительство, если вы не живете в заповедной зоне.

Поскольку система с открытым контуром изменяет естественную температуру воды и тепловые шлейфы влияют на бактериологию и гидрохимию водоема, в зависимости от типа системы могут потребоваться лицензии для отвода поверхностных или грунтовых вод, которые можно получить в Управление окружающей среды .

Техническое обслуживание тепловых насосов

Срок службы теплового насоса составляет приблизительно 15 лет или более. При правильном уходе их срок службы может быть увеличен до 50 лет.Они действительно требуют регулярного обслуживания: раз в год вы должны самостоятельно проверять некоторые детали системы, а профессиональный установщик должен проверять систему каждые 3-5 лет. После проверки установщик должен оставить письменные сведения о состоянии системы и любые указания на возможные проблемы в будущем.

По данным Ассоциации наземных тепловых насосов, требования к техническому обслуживанию довольно низкие , поскольку нет необходимости в критических проверках безопасности. Обычно перед запуском системы необходимо проверять сам насос, внешние трубы, а также электронику и детали арматуры.

Найдите лучших поставщиков тепловых насосов в Великобритании

Тепловые насосы

, будь то земляные, воздушные или водные, предоставляют прекрасные возможности для модернизации вашего дома, поскольку они не только обеспечивают вам солидную окупаемость инвестиций, но также улучшают качество и ценность вашего дома.

Если чтение этого материала вызвало у вас интерес к тепловым насосам, заполните форму вверху страницы и получите до 4 индивидуальных предложений от наших надежных поставщиков в Великобритании, сэкономив вам часы на исследования.Эта услуга абсолютно бесплатна и без каких-либо обязательств.

Написано Аттила Тамас Векони Менеджер UX Аттила — UX-менеджер в GreenMatch. Он имеет степень в области международного бизнеса с четырехлетним опытом координации в области маркетинга, взаимодействия с пользователем и создания контента. Аттила любит писать о солнечной энергии, технологиях отопления, защите окружающей среды и экологичности.Статьи его и его команды появлялись на таких известных сайтах, как The Conversation, Earth911, EcoWatch и Gizmodo. .

No related posts.