Тепловой насос типа воздух-вода: обзор технологии самостоятельного конструирования

Принцип и схема работы теплового насоса, виды

Принцип

Конструкция любого теплового теплонасоса предусматривает 2 части: наружная (поглощает тепло из внешних источников) и внутренняя (передает изъятое тепло непосредственно в систему отопления помещения). Внешними возобновляемыми источниками тепловой энергии являются, например, тепло земли, воздуха или грунтовых вод. Такая конструкция позволяет существенно снизить затраты на теплоэнергию или охлаждение для частного дома, ведь примерно 75% энергии вырабатывается, благодаря бесплатным источникам.

Схема работы

В состав отопительной установки входят: испаритель; конденсатор; разряжающий вентиль, который понижает давление в системе; компрессор, повышающий давление. Каждый из этих узлов связан друг с другом замкнутой цепью трубопровода, внутри которого находится хладагент. Хладагент в первых циклах находится в жидком состоянии, в следующих – в газообразном. Это вещество обладает низкой температурой кипения поэтому при варианте земляного типа оборудования, способен преобразоваться в газ, достигнув уровня температуры грунта. Далее газ поступает в компрессор, где происходит сильное сжатие, которое приводит к быстрому нагреву. После горячий пар поступает во внутреннюю часть теплонасоса, и уже здесь используется непосредственно для отопления помещений или для нагрева воды. Затем хладагент охлаждается, конденсируется и снова переходит в жидкое состояние. Через расширительный клапан жидкое вещество перетекает в подземную часть, чтобы повторить цикл нагрева.

Принцип охлаждения такой установки аналогичен принципу отопления, но используются не радиаторы, а фанкойлы. Компрессор в этом случае не функционирует. Холодный воздух из скважины напрямую поступает в кондиционирующую систему.

Виды теплонасосов

Какие бывают типы тепловых насосов? Различают оборудование по внешнему источнику теплоэнергии, который используется в системе. Среди бытовых вариантов выделяют 3 типа.

Грунтовый или земляной («грунт-воздух», «грунт-вода»)

Применение земляного теплонасоса в качестве источника теплоэнергии обеспечит эко-чистоту и безопасность. Стоимость такого оборудования высока, но функционал его огромен. Не требуется частого сервисного обслуживания, и обеспечен долгий срок эксплуатации.

Грунтовые теплонасосы могут быть двух видов: с вертикальной или с горизонтальной установкой трубопроводов. Вертикальный метод укладки более дорогостоящий, так как требуется глубокое бурение скважин в диапазоне 50-200 метров. При горизонтальном расположении трубы закладываются на глубину около метра. Для того, чтобы обеспечить сбор необходимого количества теплоэнергии, совокупная площадь трубопроводов должна превышать в 1,5-2 раза площадь отапливаемых помещений.

Водный насос («вода-воздух», «вода-вода»)

Для южных регионов с теплым климатом подойдут водяные установки. В прогретых на солнце водоемах температура воды на определенной глубине относительно устойчива. Предпочтительно прокладывать шланги в самом грунте дна, где температура выше. Для фиксации подводных трубопроводов используется груз.

Воздушный («воздух-вода», воздух-воздух»)

В установке воздушного типа источником энергии является воздух из внешней среды, который поступает на теплообменник испарителя, в где расположен жидкий хладогент. Температура хладогента всегда ниже, чем температура поступающего в систему воздуха, поэтому вещество моментально закипает и становится горячим паром.

Помимо классических моделей, востребованы комбинированные варианты установок. Такие теплонасосы дополнены газовым или же электрическим нагревателем. При плохих климатических условиях, производительность отопительного устройства уменьшается, и аппарат переключается на альтернативный вариант обогрева. Особенно актуально такое дополнение для оборудования типа «воздух-вода» или «воздух-воздух», так как именно этим видам свойственно понижение эффективности.

Для регионов с долгими холодными зимами надежнее всего использовать геотермальные (грунтовые) тепловые насосы. Воздушные теплонасосы подойдут для территорий с мягким южным климатом. Также при установке оборудования, использующего энергию земли, следует учитывать особенности грунта. Продуктивность теплонасоса будет гораздо выше в глинистом грунте, нежели в песчаном. Помимо этого, имеет значение глубина расположения трубопроводов, трубы необходимо укладывать глубже уровня промерзания земли в холодные периоды.

Моноблочный тепловой насос внутренний монтаж

Данный тепловой насос воздух-вода представляет собой моноблок с вариантом размещения в помещении. Для работы такой системы необходимо обеспечить воздуховоды для прокачки необходимого количества воздуха.

Вариант установки моноблочного теплового насоса воздух-вода внутри помещения

Преимущества

  • Все компоненты теплового насоса расположены в помещении, и благодаря этому они защищены от неблагоприятных атмосферных явлений.
  • Отсутствие видимых компонентов не влияет на экстерьер здания.
  • Отсутствие риска заморозки системы.
  • Во время монтажа нет необходимости вмешиваться в контур хладагента (фреона).

Недостатки

  • Необходимость организовывать большие отверстия в стенах котельной, что не всегда может подойти для реконструкции системы.
  • Все шумовыделяющие элементы находятся в помещении.

Особенности монтажа устройства

Порядок подключения теплового насоса для бассейна зависит от особенностей конкретной модели. Поэтому перед началом работ следует внимательно изучить инструкцию изготовителя и точно соблюсти изложенные в ней требования и рекомендации. Обычно промышленные модели поставляются уже в собранном виде и с набором необходимых для установки комплектующих.

Схема функционирования теплового насоса, подключенного к бассейну:1 – Тепловой насос для бассейна2 – Дистанционное устройство управления3 – Чистая вода для бассейна4 – Циркуляционный насос5 – Байпас (обводной канал) и регулировочные клапаны6 – Труба подачи воды из бассейна7 – Фильтр

В ходе подключения понадобится установить пару труб, а также обеспечить электропитание. В систему обслуживания бассейна нагреватель устанавливают таким образом, чтобы он располагался после системы фильтрации и перед хлоратором.

Как показано на этой схеме, тепловой насос следует подключать после фильтра для воды, но перед устройством для ее хлорирования

Очень важно правильно выбрать место для установки оборудования. Обычно тепловой насос типа “воздух-вода” представляет собой агрегат внушительных размеров, напоминающий наружный блок сплит-системы кондиционера

Для установки воздушного теплового насоса необходимо выбрать достаточно просторное место, которое следует защитить от воздействия внешних факторов, например, с помощью навеса

Место для установки такого оборудования должно соответствовать следующим требованиям:

  • хорошая вентиляция;
  • отсутствие препятствия для передвижения воздушных масс;
  • удаленность от открытого огня и других источников тепла;
  • защита от воздействия внешних факторов окружающей среды: осадки, падающий сверху мусор и т.п.;
  • доступность для технического обслуживания и необходимого ремонта.

Чаще всего тепловой насос устанавливают под навесом. Ради дополнительной защиты можно установить пару боковых стен, однако они никак не должны препятствовать воздушному потоку, который нагнетается вентиляторами.

Насос монтируют на металлической раме, основание должно быть строго горизонтальным. Это позволит минимизировать такие проблемы как вибрация и шум при работе прибора, а также защитит устройство от поломок.

Воздушный тепловой насос следует устанавливать на прочном и строго горизонтальном основании. Это позволит снизить вибрацию при его работе и уменьшить количество шума

При монтаже теплового насоса и подключении его к системе важно убедиться, что все его элементы чистые. Не помешает проверить и внутреннюю поверхность труб, с помощью которых осуществляется подключение

Все места соединения труб, по которым циркулирует вода, должны быть тщательно загерметизированы и проверены на наличие протечек. Чтобы вибрация от теплового насоса во время его работы не передавалась остальной системе, имеет смысл рассмотреть вариант подключения с использованием гибких шлангов.

Особого внимания потребует обеспечение электропитания теплового насоса. Оно должно полностью соответствовать правилам установки электрического оборудования с учетом всех требований пожарной безопасности.

Рядом с бассейном обычно сохраняется высокий уровень влажности, и вероятность контакта электрооборудования с водой существенно возрастает. Поэтому необходимо тщательно заизолировать все места электрических контактов, дополнительно защитив их от возможного контакта с влагой.

В схему подключения теплового насоса к электропитанию в обязательном порядке необходимо включить автоматические выключатели, которые снабжены датчиками, реагирующими на повышение температуры. Понадобятся также устройства защиты, которые предотвратят утечку тока.

Все токопроводящие узлы следует в обязательном порядке заземлить. Для подключения кабелей, как силовых, так и контрольных, понадобятся специальные клеммники. В инструкции производителя обычно указано необходимое сечение электрокабелей, через которые можно выполнять подключение оборудования к электропитанию.

Этих данных необходимо придерживаться. Сечение кабеля может быть больше рекомендованного, но никак не меньше.

Установка теплового насоса для подогрева воды в бассейне производится в соответствии с рекомендациями производителя. Обычно его устанавливают после системы очистки воды, но перед устройством хлорирования, если оно имеется

Рекомендации и правила монтажа ТН воздух-вода

Теплонасосы воздух-вода устанавливаются в любом месте придомовой территории. Существуют общие правила относительно монтажа:

  • Расстояние до жилого дома от 2 до 20 м.

Минимальное расстояние до котельной, с которой агрегат соединяется несколькими трубами и электрическими кабелями.

В котельной располагают накопительную емкость, устанавливают циркуляционное оборудование.

Создается незначительный уровень шума при работе. Тем не менее, если планируется установить моноблок для внутреннего монтажа, для него стоит выделить отдельное звукоизолированное помещение.

Наружный блок выглядит как корпус кондиционера. Внизу расположены ножки для установки, а также настенные крепления.

В системе большинства моделей предусмотрена функция предотвращение замерзания. Поэтому, наружный блок не нуждается в утеплении.

Одно из наиболее распространенных решений, относительно эксплуатации теплового насоса, это использование системы для нагрева бассейнов. С помощью оборудования, осуществляется подогрев воды в летний период, а также отопление помещения зимой.

На сколько выгоден тепловой насос системы воздух-вода

Выгода использования тепловых насосов отопления воздух-вода, стала особенно очевидной, после появления СОР. Под этим термином скрывается коэффициент, сравнивающий необходимые затраты на электроэнергию, при отоплении тепловым насосом типа воздух-вода. На практике это означает следующее:

  • Для работы ТН требуется электричество. Напряжение нужно компрессору, нагоняющему давление в систему. СОР указывает, какое количество тепла было получено, благодаря потреблению электроэнергии в сутки.

Если СОР равен 3, значит, насос вырабатывает 3 кВт тепловой энергии на каждый кВт затраченного электричества.

Все, казалось бы, просто, если бы, не одно, но! Существует температурная зависимость насоса воздух-вода. При снижении температуры, теплоотдача существенно падает. Эффективность работы зимой снижается. Именно по этой причине, отзывы реальных владельцев о тепловых насосах системы воздух-вода с средней полосы России вразрез отличаются от тех же комментариев жителей северных широт.

Все недостатки эксплуатации теплонасосов воздух-вода, в основном сводятся именно к зависимости от внешних температурных факторов

Но это можно учесть при выборе модели, обращая внимание на параметр, указывающий нижний предел температуры для сохранения ТН работоспособности

Перед решением о покупке, стоит прочитать несколько отзывов, показывающих преимущества и недостатки тепловых насосов, а также возможности и сферу применения оборудования.

Виды тепловых насосов

  • воздух-воздух;
  • воздух-вода;
  • земля-вода;
  • вода-вода.

Первое слово в этих сочетаниях означает внешнюю среду, от которой забирается энергия. Второе слово это вид теплоносителя, с помощью которого обеспечивается обогрев помещений.

Использование геотермальных и гидротермальных установок менее выгодно. Дело в том, что получение тепловой энергии от грунта или воды в водоемах требует увеличения затрат, на бурение скважины, обеспечение защиты опускаемой части системы от воздействия коррозии и заиливания. Отбор тепла из окружающего воздуха делает работу тепловых насосов более выгодной и обоснованной экономически, за счет быстрой окупаемости капитальных затрат. При этом срок эксплуатации оборудования в несколько раз больше.

Перспективы применения тепловых насосов в мире

Снижение цен на нефть повлияло на другие теплоносители, поэтому спрос на тепловые насосы снизился. Тем не менее, он растет, что стимулирует производство. Во многом это зависит от того, что такие установки можно устанавливать без подключения инфраструктуры, за исключением электросети.

Использование альтернативных источников энергии в комплексе с тепловым насосом позволяет увеличить его КПД. Например, для его работы можно получать электроэнергию от солнечных батарей и ветрогенераторов, а для предварительного подогрева воды использовать солнечные вакуумные или плоские коллекторы.

По прогнозам специалистов, рынок тепловых насосов в ближайшие годы будет расти, несмотря на активную разработку новых месторождений ископаемого топлива. Как результат – будет повышаться конкуренция, что приведет к снижению стоимости оборудованя.

Во многих странах второго и третьего мира внедряются государственные программы, которые стимулируют область применения альтернативной энергетики. В итоге это приведет к широкому распространению и увеличению объемов продаж теплонасосных установок.

Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

Выбор редакции

Многолетний опыт производства и эксплуатации тепловых насосов в Северной Европе позволил нашим соотечественникам сократить область поиска самого выгодного способа обогреть свой дом. Реальные варианты существуют под любой запрос.

Надо обеспечить теплом контур ГВС или систему отопления жилого дома до 80 — 100 м²? Рассмотрите потенциал NIBE F1155 – его «интеллектуальная» начинка экономит без ущерба теплоснабжению.

Стабильную температуру в контурах тёплого пола, СО, ГВС коттеджа в 130 м² обеспечит Daikin EGSQH –здесь  задействован  теплообменник ГВС (180 литров).

DANFOSS DHP-R ECO выдаёт постоянный тепловой поток одновременно для всех потребителей.  Возможность создания каскада из 8 ТН позволяет обеспечить теплом объект площадью не менее 3 000 м².

Каждая из указанных моделей – не безусловный, а базовый вариант. Если вы нашли подходящий ТН – просмотрите всю линейку, изучите опциональные предложения. Ассортимент оборудования большой, есть риск пропустить свой идеальный вариант.

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. 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.

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

Имеются и недостатки:

  • необходимость использования электроэнергии, причем, перебоев питания система не переносит
  • результат работы напрямую связан с внешней температурой воздуха, что снижает устойчивость и вынуждает постоянно регулировать режим работы
  • постоянное присутствие мелкой пыли и взвеси из-за активной конвекции воздуха
  • небольшой, но заметный звуковой фон при работе системы

Расчет мощности установки

Выполнять расчет теплового насоса самостоятельно не рекомендуется. Надо использовать массу специальных данных, коэффициентов и прочих значений, пользоваться которыми в состоянии только специалисты. Если требуется рассчитать систему, надо обращаться к профессионалам. Они имеют опыт и знания, которые необходимы в этом деле.

Как сделать тепловой насос самоcтоятельно? ↑

Стоимость теплового насоса даже без вызова специалистов для его установки достаточно высока. К сожалению, далеко не у всех есть возможность единовременно потратить такую значительную сумму денег, пусть даже в надежде на экономию в ближайшем будущем. Можно ли сделать тепловой насос своими руками? Да, вполне. К тому же соорудить его можно из уже имеющихся деталей или купить по случаю запчасти б/у.

Итак, приступим. Если вы собираетесь устанавливать подобную отопительную систему в старом доме, обязательно проверьте состояние проводки и электросчетчика. Проследите за тем, чтобы измерительный прибор был мощностью не менее 40 ампер.

Прежде всего, необходимо позаботиться о покупке компрессора. В специализированных фирмах или в обычной мастерской по ремонту холодильного оборудования можно купить компрессор от кондиционера. Он вполне подойдет для наших целей. Его необходимо прикрепить к стене при помощи кронштейна L-300. Теперь переходим к изготовлению конденсатора. Для этого нам понадобится бак из нержавеющей стали объемом 100-120 литров. Его необходимо разрезать пополам и установить внутрь змеевик, который достаточно легко изготовить из медной трубки от холодильника или обычной сантехнической медной трубы небольшого диаметра

Важно! Не следует использовать очень тонкостенную трубку – ее хрупкость может доставить массу неудобств во время работы. Толщина стенок медной трубки должна составлять не менее 1 мм

  • Для получения змеевика берем газовый или кислородный баллон и наматываем на него медную трубку, соблюдая расстояние между витками. Для того чтобы зафиксировать трубку в таком положении проще всего взять перфорированный алюминиевый уголок, который используется для защиты углов под шпаклевкой, и примотать его к змеевику так, чтобы каждый виток находился напротив отверстия в уголке. Это обеспечит одинаковый шаг витков и прочность всей конструкции.
  • После установки змеевика свариваем половинки бака, не забыв вварить резьбовые соединения.

Самодельный испаритель для теплового насоса

Испарителем может стать пластмассовая емкость, объемом 60-80 литров, в которую вмонтирован змеевик из трубы диаметром ¾ дюйма. Для доставки и слива воды можно использовать обычные водопроводные трубы. Испаритель тоже необходимо закрепить на стене при помощи L-кронштейна нужного размера. Когда все готово, пришла пора приглашать специалиста по холодильному оборудованию. Он нужен для того, чтобы собрать систему, сварить медные трубки и закачать фреон

Важно! Не имея специального образования или навыков работы с холодильным оборудованием, не пытайтесь выполнить последний этап работы самостоятельно. Это может привести не только к выходу вашей конструкции из строя, но и к травмам

Основные разновидности, их принципы работы

Все тепловые насосы отличаются друг от друга по источнику энергии. Основные классы устройств: грунт-вода, вода-вода, воздух-вода и воздух-воздух.

Первое слово указывает на источник тепла, а второе — означает то, во что оно превращается в устройстве.

Например, в случае прибора грунт-вода тепло извлекается из земли, а потом оно преобразуется в горячую воду, которая используется как нагреватель в системе отопления. Ниже мы рассмотрим разновидности тепловых насосов для отопления более подробно.

Грунт-вода

Установки типа грунт-вода добывают тепло прямо из земли с помощью специальных турбин или коллекторов. В качестве источника в данном случае используется земля, которая нагревает фреон. Он нагревает воду, которая находится в баке-конденсаторе. При этом фреон охлаждается и поступает обратно на вход насоса, а разогретая вода используется в качестве теплоносителя в основной системе отопления.

Цикл нагрева жидкости продолжается до тех пор, пока насос получает электричество из сети. Самым затратным, с экономической точки зрения, является метод грунт-вода поскольку для монтажа турбин и коллекторов придётся бурить глубокие скважины или менять расположение грунта на большом участке земли.

Вода-вода

По своим техническим характеристикам насосы типа вода-вода очень похожи на устройства класса грунт-вода с тем лишь отличием, что в качестве первичного источника тепла в данном случае используется не земля, а вода. В качестве источника могут использоваться как подземные воды, так и из различных водоёмов.

Фото 2. Монтаж конструкции для теплового насоса типа вода-вода: в водоём погружаются специальные трубы.

Устройства класса вода-вода значительно дешевле насосов типа грунт-вода, поскольку для их установки не нужно бурить глубокие скважины.

Справка. Для работы водяного насоса достаточно погрузить несколько труб в ближайший водоём, поэтому для его работы не нужно бурить скважины.

Воздух-вода

Установки класса воздух-вода получают тепло прямо из окружающей среды. Такие приборы не нуждаются в крупном внешнем коллекторе для сбора тепла, а для нагрева фреона используется обыкновенный уличный воздух. После нагревания фреон отдаёт тепло воде, после чего горячая вода поступает в отопительную систему через трубы. Устройства данного типа довольно дешёвые, поскольку для работы насоса не нужен дорогостоящий коллектор.

Воздушный

Установка класса воздух-воздух тоже получает тепло прямо из окружающей среды, а для её работы также не требуется внешний коллектор. После контакта тёплого воздуха происходит нагрев фреона, затем фреон нагревает воздух в насосе. Потом этот воздух выбрасывается в помещение, что приводит к локальному повышению температуры. Устройства данного типа также являются довольно дешёвыми, поскольку для их работы не требуется установка дорогостоящего коллектора.

Фото 3. Принцип работы теплового насоса воздух-воздух. В отопительные радиаторы поступает теплоноситель с температурой 35 градусов.

Выводы

Своим примером пользователи сломали стереотипы о неэффективности эксплуатации тепловых насосов класса «воздух-вода» при отрицательных температурах

Важно. Тепловой насос «воздух-вода» оптимально работает  в связке с водяным теплым полом — системе, для которой не требуется греть теплоноситель до высоких температур

Если к ТН подключить радиаторы отопления, то придется увеличить их площадь в 3-4 раза, чтобы перевести на низкотемпературный режим, без уменьшения эффективности работы. При сильных морозах ТН «воздух-вода» подстраховывают электрические ТЭНы.

Тепловые насосы — выход при недостатке выделенной электрической мощности.

На случай аварии или отключения электричества, чтобы не остаться без тепла зимой, предусмотрите резервный независимый теплогенератор, например, газовый конвектор или печь-камин. Окупаемость ТН рассчитывайте в долгосрочной перспективе, с учётом неуклонного роста цен на энергоносители, электроэнергию и дороговизну подключения магистрального газа. Не забывайте про удобство эксплуатации тепловых насосов и всей системы в целом.

Прочитайте статьи:

  • Выгодно ли строить энергоэффективный дом? Изучаем проблему энергоэффективного строительства в России на реальном опыте, с расчетами специалистов и советами пользователей портала.
  • Дешевое отопление загородного дома электричеством. В материале — реальный опыт пользователя портала, который тратил на отопление коттеджа зимой 1500 руб. в месяц, нагревая воду в теплоаккумуляторе для теплого пола по ночному тарифу электрическими ТЭНами.
  • Как рассчитать и смонтировать водяной теплый пол. Участники портала делятся опытом эксплуатации, самостоятельного расчёта и нюансами монтажа низкотемпературной системы отопления.
  •  Резервное отопление загородного дома газовыми баллонами. Плюсы, минусы и особенности обогрева частного коттеджа конвектором, который работает на сжиженном газе из баллонов.
  • Самодельный теплоаккумулятор: преимущества, конструктив, схема врезки в систему отопления. Пользователь портала делится опытом изготовления и эксплуатации теплового аккумулятора из металлической цистерны для системы отопления на базе твердотопливного котла.

В видео – технологии пассивного домостроения. Инженерные коммуникации: тепловой насос, вентиляция с рекуперацией тепла, солнечные коллекторы.

Источник

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwittervKontakte
Напишите комментарий

Adblock
detector