Тепловий насос для опалення будинку – принцип роботи

Традиційні системи обігріву і підготовки гарячої води відрізняються високим споживанням енергії. Найбільшою мірою це відноситься до електричного обладнання – воно працює за рахунок дорогої електроенергії і призводить до гігантських витрат. Не так давно почали набирати популярність системи опалення і водопідготовки, що працюють на основі теплових насосів. Вони більш економічні, хоч і працюють від електромережі. Тепловий насос – це пристрій, що дозволяє як би скондесувати теплову енергію з навколишнього простору і доставити її з уже більш високою температурою.

У цьому огляді ми розглянемо:

  • Принцип дії теплових насосів;
  • Основні різновиди теплових насосів;
  • Сферу застосування теплових насосів.

Після прочитання цього огляду ви зрозумієте, що ця техніка дозволить реально заощадити на електроенергії і наповнити будинку теплом.

Переваги та недоліки теплових насосів

Принцип роботи теплових насосів, якщо говорити простою мовою, заснований на зборі низькопотенційної теплової енергії та її подальшої передачі в опалювальні і кліматичні системи, а також в системи підготовки води, але вже з більш високою температурою. Можна навести простий приклад у вигляді газового балона – коли він наповнюється газом, компресор нагрівається за рахунок його стиснення. А якщо випустити газ з балона, то балон охолоне – спробуйте різко випустити газ з багаторазової запальнички, щоб зрозуміти суть цього явища.

Таким чином, теплові насоси як би відбирають теплову енергію у навколишнього простору – вона є в землі, у воді і навіть в повітрі. Навіть якщо повітря має негативну температуру, в ньому як і раніше присутня тепло. Також воно є в будь-яких водоймах, які не промерзають до самого дна, а також в глибоких шарах грунту, теж не піддаються глибокому промерзанню – якщо, звичайно, це не вічна мерзлота.

Теплові насоси мають досить складним пристроєм, в чому можна переконатися, спробувавши розібрати холодильник або кондиціонери. Ці звичні нам побутові агрегати чимось схожі на вищезгадані насоси, тільки працюють вони в зворотному напрямку – забирають тепло з приміщень і відправляють його назовні. Якщо прикласти руку до заднього радіатора холодильника, то ми відзначимо, що він теплий. І це тепло є не що інше, як енергія, відібрана у фруктів, овочів, молока, супів, ковбаси та інших продуктів, що лежать в камері.

Аналогічним чином працюють кондиціонери та спліт-системи – тепло, що виділяється вуличними блоками, являє собою теплову енергію, зібрану по крупицях в охолоджуваних приміщеннях.

Принцип дії теплового насоса обернений принципом дії холодильника. Він з тих же крупицях збирає тепло з повітря, води або ґрунту, після чого перенаправляє його до споживачів – це опалювальні системи, теплоакумулятори, системи теплих підлог, а також водонагрівачі. Здавалося б, нам ніщо не заважає гріти теплоносій або воду звичайним Теном – так простіше. Але давайте порівняємо продуктивність теплових насосів і звичайних ТЕНів:

При виборі теплового насоса найголовніше – наявність конкретного природного джерела енергії.

  • Звичайний ТЕН – на вироблення 1 кВт тепла він витрачає 1 кВт електроенергії (без урахування похибок;
  • Тепловий насос – на вироблення 1 кВт тепла він споживає всього 200 Вт електроенергії.

Ні, ніякого ККД, рівного 500%, тут немає – закони фізики непохитні. Просто тут працюють закони термодинаміки. Насос як би акумулює енергію з простору, «згущує» її і відправляє споживачам. Аналогічним чином ми можемо збирати дощові краплі через велику лійку, отримуючи на виході солідний струмочок води.

Ми вже привели безліч аналогій, що дозволяють зрозуміти суть теплових насосів без хитромудрих формул зі змінними і константами. Давайте тепер розглянемо їх переваги:

  • Економія електроенергії – якщо стандартне електричне опалення домоволодіння площею 100 кв. м. призведе до витрат в 20-30 тис. гривень на місяць (в залежності від температури повітря на вулиці), то опалювальна система з тепловим насосом знизить витрати до прийнятних 3-5 тис. гривень – погодьтеся, це вже досить солідна економія. І це без каверз, без обману і без маркетингових прийомів;
  • Турбота про навколишнє середовище – вугільні, атомні і гідроелектростанції шкодять природі. Тому знижене споживання електроенергії дозволяє знизити кількість шкідливих викидів;
  • Широка сфера використання – отриману енергію можна використовувати для обігріву житла і підготовки гарячої води.

Є й недоліки:

  • Висока вартість теплових насосів – цей недолік накладає обмеження на їх використання;
  • Необхідність в регулярному обслуговуванні – за це потрібно платити;
  • Труднощі в монтажі – найбільшою мірою це відноситься до теплових насосів з закритими контурами;
  • Відсутність сприйняття людьми – мало хто з нас погодиться витратитися на це обладнання, щоб знизити навантаження на навколишнє середовище. Але деякі люди, що живуть далеко від газових магістралей і вимушені опалювати житло альтернативними джерелами тепла, згодні витратити гроші на покупку теплового насоса і знизити витрати на щомісячну оплату електроенергії;
  • Залежність від електромережі – якщо поставка електроенергії припиниться, обладнання відразу ж завмре. Ситуацію врятує установка теплоаккумулятора або резервного джерела електроживлення.

Як бачимо, деякі мінуси досить серйозні.

Як джерела резервного живлення для теплових насосів можуть виступати бензинові і дизельні електрогенератори.

Принцип роботи теплових насосів

Давайте подивимося, як працює тепловий насос і як він улаштований. Він складається з трьох основних частин:

Використання грунтового зонда часто є найпростішим і ефективним рішенням. Він багатофункціональний, довговічний і не вимагає складного технічного обслуговування.

  • випарник;
  • компресор;
  • Конденсатор.

Всі ці вузли об’єднуються між собою трубками, по яких циркулює холодоагент – він закипає і випаровується при негативних температурах, відбираючи крупиці енергії у навколишнього простору. Саме цей процес і протікає в випарнику.

Після свого випаровування холодоагент потрапляє в конденсатор, де відбувається зворотний процес – теплова енергія передається на подальші потреби, а холодоагент остигає і конденсується. Тим самим тепло переноситься з навколишнього простору і виділяється в конденсаторі. Всі процеси протікають під великим тиском, створюваним компресором.
Саме за рахунок відбору тепла і виходить жадана економія. Електроенергія в теплових насосах використовується тільки для роботи керуючої електроніки і компресора. Ще частина електрики йде на підтримку циркуляційного насоса в системі опалення і на терморегулятор в бойлері. В цілому, якщо порівнювати витрати на традиційне електричне опалення, а також на підготовку гарячої води в бойлері, витрати будуть як мінімум на чверть нижчими.

Різновиди теплових насосів

Теплові насоси підрозділяються на п’ять видів:

  • Грунт – вода;
  • Вода – вода;
  • Повітря – вода;
  • Вода – повітря;
  • Повітря – повітря.

Розглянемо їх більш детально.

Грунт – вода

Забір теплової енергії з грунту – ідея чудова, тим більше що на глибині від 3-х до 200 метрів її більш ніж багато. Тут прокладаються спеціальні труби, по яких циркулює вода, або закладається вертикальний зонд. Отримане тепло забирається з товщі грунту, після чого потрапляє в тепловий насос, звідки вирушає до споживачів. З огляду на відносну стабільність температури на глибині, обладнання порадує великою кількістю тепла, що передається в опалення та на підготовку гарячої води.

Вода – вода

Тепловий насос «вода – вода» являє собою систему забору тепла з водойм або підземних свердловин. Якщо паркан ведеться з свердловин, то там температура завжди стабільна, що пов’язується з відсутністю глибокого промерзання грунту. Що стосується паркану з озер і річок, то тут необхідно брати до уваги температуру незамерзаючої шару – від неї залежить ефективність роботи теплового насоса. Отримана енергія вирушає в батареї, теплі підлоги або в контур ГВП.

Повітря – вода

Забір теплової енергії насосом з навколишнього повітря не можна назвати найоптимальнішим варіантом обігріву житла. Вся справа в тому, що температура повітряних мас не відрізняється особливою стабільністю – тут спостерігаються добові та сезонні коливання. У найбільш холодну пору року їх ефективність може дорівнювати повному нулю, тому спільно з насосами потрібно буде використовувати якесь додаткове опалювальне обладнання.

Вода – повітря

Теплові насоси цієї конструкції схожі на сучасні спліт-системи, які можуть працювати не тільки на охолодження повітряних мас, а й на їх нагрівання. Вони застосовуються там, де необхідно встановити систему повітряного опалення. Забір тепла тут ведеться з води – свердловин, річок або озер. Устаткування відрізняється високою ефективністю, але вимагає позитивної температури води.

Повітря – повітря

Фактично перед нами кондиціонер «навпаки». Він забирає тепло зовні і відправляє його в приміщення. До речі, так вміє працювати будь-яка спліт-система, в якій передбачено реверс холодоагенту за допомогою чотириходового клапана. Представлені теплові насоси відрізняються ефективністю тільки при плюсовій температурі, в негативному сегменті їх енергоефективність швидко падає майже до нуля.

Найбільшою популярністю користуються теплові насоси, що забирають тепло з товщі грунту або з води – вони відрізняються ефективною і стабільною роботою.

Відкриті і закриті системи

Також теплові насоси підрозділяються ще на дві категорії – відкритого і закритого циклу. Агрегати відкритого циклу забирають воду із свердловин, озер і річок безпосередньо, відправляють її в випарник, де вона віддає свою енергію. Охолоджена вода відправляється туди ж, звідки була забрана, але скидання здійснюється на деякій відстані, щоб не знижувати ефективність. Такі системи відрізняються простотою в монтажі, але меншою ефективністю. Зате вони дозволяють забезпечити подачу в будинок чистої води (актуально для свердловин).

Що стосується теплових насосів закритого циклу, то вони забирають тепло за допомогою водяного колектора-теплообмінника – він прокладається в товщі грунту або води. Тут вода змінює свою температуру і відправляється в випарник, де вона змусить випаровуватися холодоагент. Такі системи відрізняються складністю в монтажі і дорожнечею, але саме вони дозволяють домогтися гранично ефективного перетворення тепла в зазначеному на початку статті співвідношенні – до 80% з навколишнього середовища.

Сфера використання

Тепловий насос для опалення будинку – це головна сфера застосування цього обладнання. Отримане тепло вирушає в радіатори і конвектори, направляється в системи теплих підлог або використовується для нагріву повітря так, як це роблять спліт-системи. Теплонасос може займатися цим самостійно або виступати в якості допоміжного обладнання, дозволяючи економити на електроенергії.
Використовуючи тепловий насос для опалення будинку, можна задіяти його і для підготовки гарячої води – найчастіше для цього застосовуються бойлери непрямого нагріву, по яких циркулює нагрітий теплоносій, що бере тепло від конденсатора. Також теплонасоси ставляться в найсучасніших електричних бойлерах – вони поки не отримали широкого поширення, але вже купуються тими, хто піклується про збереження навколишнього середовища і бажає заощадити гроші у своєму гаманці.

Ссылка на основную публикацию