Отопление с помощью тепловых насосов

Тепловой насос для отопления, преимущества и недостатки системы

Для работы теплонасоса требуется источник тепловой энергии, которым может служить любая среда при условии, что в зимнее время ее температура стабильно будет превышать 1°С. Таким образом, практикуется установка агрегатов, получающих тепловую энергию из воды, воздуха и земли (из грунта или пород глубокого залегания).

Для прокладки первичного контура подходит любой естественный или искусственный водоем, при условии, что он не промерзает до дна. Длина трубопровода, погруженного на дно, определяется при расчете мощности теплового насоса — один метр смонтированного змейкой или кольцами трубопровода позволяет получить до 30 Вт тепловой энергии. То есть, теплонасос с трубопроводом длиной 500 метров способен обогреть дом, у которого потребность в тепле составляет 15 кВт.

https://www.youtube.com/watch?v=https:rocketme.topads

Горизонтальный трубопроводный контур, уложенный кольцами

Принцип работы теплового насоса вода-вода заключается в том, что полученное тепло используется на нагрев жидкого теплоносителя в радиаторной системе отопления или контуре теплого пола. Функциональность теплового насоса вода-вода достаточна, чтобы обеспечивать стабильный напольный обогрев, так как позволяет поддерживать температуру теплоносителя на уровне 45-60 градусов. Для полноценного радиаторного отопления с таким температурным режимом дом требуется серьезно утеплить.

Воздух

У теплового насоса вода-вода коэффициент преобразования в среднем составляет 1,5-2,2. В то время как тепловой насос воздух-воздух или воздух-вода превышают этот показатель приблизительно в два раза — коэффициент преобразования более 4.

Тепловые насосы, работающие по схеме «воздух-воздух» широко распространены, поскольку они не нуждаются в монтаже больших контуров. Любой инверторный кондиционер, сплит-системы, работающие на обогрев помещения, по сути, являются тепловыми насосами с небольшой эффективностью.

Принцип работы воздушного теплового насоса

Отопление с помощью тепловых насосов

Воздушный тепловой насос имеет существенный недостаток — в морозную погоду ему негде брать тепло. Некоторые модели агрегатов рассчитаны на работу при -20°С, в остальных случаях предел не опускается ниже -10°С.

Помимо агрегатов «воздух-воздух» существует тепловой насос системы воздух-вода. Его отличие в том, что полученная тепловая энергия греет не воздух в помещении, а теплоноситель в отопительном контуре.

Принцип действия теплового насоса воздух-вода стандартный. При этом испаритель, дополнительно оснащенный вентилятором, устанавливают снаружи дома, а компрессор и конденсатор внутри. Подсоединив к теплообменнику водяной контур, можно обустроить напольный обогрев помещения.

Самым стабильным природным источником тепла являются горные породы на глубине свыше 20 метров, так как они постоянно подогреваются теплом от земного ядра. Но под установку контура из U-образной трубы приходится бурить глубокие скважины, что сказывается на цене установки. Геотермальные установки эффективны, но окупаются только через 10-15 лет эксплуатации при условии качественного утепления дома.

Тепловой насос «Земля-Вода»

Более дешевый в монтаже вариант подразумевает укладку контура на полметра ниже уровня промерзания грунта. Схема укладки — змейкой или кругами. Монтаж такой системы требует большого объема земельных работ, кроме того, внешний контур может быть поврежден в процессе эксплуатации.

Первое, что нужно сделать, прежде чем установить теплонасос — рассчитать тепловой баланс дома. Это позволит определить теплоотдачу, необходимую для обеспечения требуемой комфортной температуры. При расчёте насоса следует учитывать следующие данные:

  • назначение здания;
  • его общая площадь;
  • количество этажей, площадь каждого из них;
  • высота потолка;
  • желаемая (требуемая) температура в помещении;
  • стены (материал, толщина слоя);
  • тип и общая площадь остекления;
  • наличие системы вентиляции и её характеристики;
  • спрос на горячую воду, количество точек;
  • нагреватели и их тип;
  • присутствие/отсутствие земли/воды поблизости;
  • наличие/отсутствие ограничений на электричество.

P = V x C x T,

где V — объем жилья в м 3;

Отопление с помощью тепловых насосов

C — коэффициент строительства C = 0,75, если дом очень хорошо изолирован (RT2005) C от 0,9 до 1,3, когда дом плохо изолирован C = 1,6;

T — разница между требуемой температурой в доме и самой низкой температурой наружного воздуха в холодный период года для географической зоны места размещения строения.

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 этот санаторий славен еще и тем, что еще с  80-х годов 20 века в нем используются промышленные тепловые насосы для отопления.

Принцип работы теплового насоса

Принцип работы устройства для обогрева дома основан на том,
что вещество (холодильный агент) может отдавать тепловую энергию либо забирать
ее в процессе смены состояния. Эта идея заложена в основу функционирования
холодильника (из-за этого задняя стенка прибора горячая).

Термонасос для отопления функционирует следующим образом:

  1. Поступающий агент охлаждается на 5 градусов в
    испарительном отделе на основании энергии от носителя тепла.
  2. Охлажденный агент поступает в компрессор,
    который в результате работы сжимает и нагревает его.
  3. Уже горячий газ попадает в отсек для
    теплообмена, в котором он отдает собственное тепло отопительной системе.
  4. Сконденсированный хладагент возвращается к
    старту цикла.

Устройство

Тепловой насос для отопления дома состоит из нескольких
основных контурных элементов:

  • контур с теплоносителем, который перемещает
    энергию от теплоисточника;
  • контур с фреоном, который периодически
    испаряется, забирая тепловую энергию с первого контура, и снова оседает
    конденсатом, передавая тепло третьему;
  • контур, где циркулирует жидкость, являющаяся
    переносчиком тепла для отопления.

Эксплуатация термо насоса для отопления дома является выгодной с финансовой точки зрения. Причина этого в том, что устройство не требует высокой мощности (соответственно, расход электричества не больше, чем у стандартного бытового прибора), однако при этом производится в 4 раза больше тепла по сравнению с потребляемой электроэнергии.

Также не требуется создавать отдельную линию проводки для подключения насоса.  

Плюсы и минусы

Перед принятием решения, использовать тепловой насос или
нет, следует ознакомиться с достоинствами и недостатками его работы. К главным
плюсам теплового насоса относится:

  • небольшой расход электричества на отопление
    дома;
  • отсутствие необходимости регулярного осмотра и
    технического обслуживания, что делает затраты на эксплуатацию теплового насоса
    для отопления минимальными;
  • допускается монтаж в любой местности. Насос
    может работать с такими источниками тепловой энергии, как воздух, почва и вода.
    Поэтому появляется возможность его установки практически в любое место, где
    планируется строительство дома. А в условиях отдаленности от газовой магистрали,
    устройство является самым подходящим методом обогрева. Даже если отсутствует
    электричество, функционирование компрессора можно обеспечить при помощи привода
    на основе бензина или дизеля;
  • отопление дома осуществляется в автоматическом
    режиме. Не требуется добавлять топливо или проводить иные манипуляции, как,
    например, в случае с котельным оборудованием;
  • отсутствие загрязнения окружающей среды вредными
    газами и веществами. Все применяемые холодильные агенты полностью безопасны и
    экологически пригодны;
  • пожаробезопасность. Жителям дома никогда не
    будет угрожать взрыв или повреждение вследствие перегрева теплового насоса;
  • возможность эксплуатации даже при условиях
    холодной зимы (до -15 градусов);
  • качественный тепловой насос для отопления дома
    может служить до 50 лет. Замена компрессора требуется лишь раз в 20 лет.
Смотрите видео плюсы и минусы

Как и любое устройство, тепловые насосы имеют определенные
недостатки:

  1. Если температура окружающей среды опускается ниже 15 градусов, то насос работать не сможет. В таком случае потребуется монтаж второго теплоисточника. При очень низких температурных значениях включается котел, генератор или электрический обогреватель;
  2. Высокая стоимость оборудования. Оно будет стоить примерно 350 000-700 000 рублей, еще такую же сумму придется потратить на создание геотермальной станции и установку устройства. Дополнительные монтажные работы не требуются только для теплового насоса, использующего воздух в качестве теплового источника;
  3. Лучше всего устанавливать тепловой насос в сочетании с теплым полом или вентиляторными конвекторами, однако в старых зданиях потребуется перепланировка и возможно даже капитальный ремонт, что повлечет дополнительные затраты времени и средств. Если частный дом строится с нуля, такая проблема отсутствует;
  4. При работе теплового насоса температура грунта, расположенного вокруг трубопровода с теплоносителем, снижается. Это становится причиной гибели некоторых микроорганизмов, участвующих в функционировании окружающей среды. Таким образом, некоторый ущерб экологии все же наносится, однако он существенно меньше урона от газо- или нефтедобычи.

Образец подобного тепловому насосу устройства есть в каждом доме – это холодильник. Он вырабатывает не только холод, но и тепло – это заметно по температуре задней стенки агрегата. Подобный принцип заложен и в тепловом насосе – он набирает термальную энергию из воды, земли и воздуха.

Составляющие отопительной системы

Составляющие отопительной системы

  • вода из скважины или водоёма проходит через испаритель, где её температура падает на пять градусов;
  • после охлаждения жидкость попадает в компрессор;
  • компрессор сжимает воду, увеличивая её температуру;
  • нагретая жидкость перемещается в теплообменную камеру, где отдаёт своё тепло системе отопления;
  • остывшая вода возвращается к началу цикла.
Система отопления с тепловым насосом

Система отопления с тепловым насосом

  • Зонд – змеевик, расположенный в воде или земле. Он собирает тепло и передаёт его в устройство.
  • Тепловой насос – прибор, извлекающий термальную энергию.
  • Сама система отопления, включающая теплообменную камеру.
  • Сравнительно небольшие энергозатраты. На отопление расходуется только электроэнергия, причём её потребуется гораздо меньше, чем, например, на отопление с помощью электроприборов. В тепловых насосах есть коэффициент преобразования, указывающий выход тепловой энергии по отношению к затраченной электрической. Например, если значение «ϕ» равно 5, значит на 1 киловатт в час расхода электричества придётся 5 киловатт тепловой энергии.
Тепловой насос  не требует никакого специального ухода или расходных материалов

Тепловой насос  не требует никакого специального ухода или расходных материалов

  • Универсальность. Эта отопительная система может устанавливаться в любой местности. Особенно это актуально для удалённых районов, где отсутствуют газовые магистрали. При невозможности подключения электроэнергии насос может работать на дизельном или бензиновом двигателе.
  • Полная автоматизация. В систему не нужно добавлять воду или следить за её работой.
  • Экологичность и безопасность. Теплонасосная установка не производит никаких отходов и газов. Устройство не может случайно перегреться.
  • Такой агрегат может не только отапливать дом зимой при температуре воздуха до минус пятнадцати градусов, но и охлаждать его летом. Такие функции есть в реверсивных моделях.
Принцип реверсивности в работе теплового насоса

Принцип реверсивности в работе теплового насоса

  • Длительный период эксплуатации – до полувека. Примерно раз в двадцать лет может потребоваться замена компрессора.
  • Цены. Тепловой насос для отопления дома – не дешёвое удовольствие. Окупится эта система не раньше, чем через пять лет.
  • В местности, где зимняя температура опускается ниже пятнадцати градусов мороза, для функционирования устройства потребуются дополнительные источники тепла (электрические или газовые).
  • Система, забирающая тепловую энергию из земли, нарушает экосистему участка. Урон не значительный, но следует это учитывать.
Устройство забирает тепло из грунта, понижая его температуру, это может неблагоприятно сказаться на корневой системе деревьев и кустарников

Устройство забирает тепло из грунта, понижая его температуру, это может неблагоприятно сказаться на корневой системе деревьев и кустарников

Отопление с помощью тепловых насосов

Руководитель группы “Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха” ООО “ГРАСТ”

Задать вопрос

«При желании можно изготовить тепловой насос для отопления дома из холодильника своими руками. Но для этого понадобятся определённые технические познания.» 

В основу работы теплового насоса, холодильника и кондиционера положен цикл Карно. Тепловой насос для отопления переносит тепло из зоны с более низкой температурой к потребителю, где значение этого параметра должно быть выше. В данном случае оно отбирается извне, там, где аккумулируется, и после некоторых преобразований переходит в дом.

На самом деле, принцип действия насоса значительно сложнее. Поэтому устройства этого класса часто сравнивают с холодильными установками, только работающими наоборот. Но общий порядок функционирования идентичен, несмотря на то, что есть большая разница как в инженерном решении, так и в назначении основных частей приборов. От традиционной системы отопления схема, собранная на тепловом насосе, отличается количеством контуров и спецификой их работы.

Внешний контур монтируется вне частного дома. Укладывается там, где накапливается тепло при нагреве поверхностей солнечными лучами или по иной причине. Энергия может забираться, к примеру, из воздуха, грунта, водоема. Даже из скважины, если дом стоит на каменистой почве или есть ограничения по установке труб. Поэтому различают несколько модификаций тепловых насосов, при том, что обогрев организуется по однотипной схеме.

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 – 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.

Теплонасос представляет собой комплект оборудования, задачей которого является сбор тепловой энергии и ее доставка к потребителю. Источником теплоэнергии может быть любая среда либо тело с температурой выше 1 градуса. Чтобы глубже разобраться с принципом работы этих устройств, следует познакомиться с их функциональными особенностями:

  • Агрегат не производит теплоэнергию самостоятельно.
  • Для работы теплонасоса необходима электроэнергия.
  • В основе принципа работы аппарата лежит цикл Карно, используемый во всех холодильных установках.

Использование тепловых установок в мире

Отопление с помощью тепловых насосов

Практика применения таких тепловых агрегатов в мире насчитывает уже более 50 лет. Главными движущими причинами такого явления стало удорожание традиционных энергетических ресурсов и повсеместная поддержка правительствами многих стран использования альтернативных источников энергии.

Поэтому количество тепловых насосов постоянно растет высокими темпами – до 10 – 30% в год, несмотря на высокую стоимость установки. Количество таких устройств в настоящее время составляет уже более 270 штук. Наиболее активно тепловые системы применяются в США и Канаде. На них приходится до половины установок, используемых во всем мире.

Россия, несмотря на положительные условия для применения тепловых насосов, отстает от мировых тенденций в их использовании. Здесь, по-видимому, играет роль наша убежденность в полной обеспеченности природными ресурсами. При этом, далеко не во всех населенных пунктах страны имеются газопроводы. Мировой опыт использования тепловых наcосов говорит о положительных тенденциях в развитии их использования.

Что такое геотермальное отопление

Это тепло, добываемое из земли или воды. На определенных глубинах грунта сохраняется плюсовая постоянная температура, причем перепадов не бывает даже в лютые морозы, то же самое с водой. Задача человека взять тепло из земли или воды, отправив его на обеспечение комфорта в жилых комнатах.

Геотермальное отопление представляет собой обычный холодильник, но наоборот – система вырабатывает не холод, а тепло. Алгоритм насоса выстроен на передаче тепла от источника с небольшим потенциалом тепловой энергии к теплоносителю, а грунт или вода выступают активными источниками тепла.

Отопление с помощью тепловых насосов

Геотермальное отопление обладает рядом преимуществ:

  1. Выделение тепловой энергии во много раз превышает затраты на электричество, потребляемое насосом.
  2. Экологическая чистота и безопасность. Система не выделяет вредных веществ, нет выбросов, шлака после сгорания топлива.
  3. Не нужно закупать топливо, газ, вся работа конструкции выстроена без применения химических и иных веществ, поэтому отопление теплом земли или воды считается самым безопасным.
  4. При соблюдении технологии монтажа, эксплуатации, оборудование и вся система отопления прослужит без технической поддержки минимум 50 лет.
  5. Тепловой насос работает бесшумно, нет акустических эффектов.

Максимальная экономическая выгода достигается отсутствием дополнительных вложений. Пользователю нужно один раз закупить все оборудование, настроить конструкцию и больше не придется вмешиваться в работу системы. Дополнительным преимуществом является расположение всех элементов вне строения – отопление из земли или воды не требует размещения в доме габаритных установок, поэтому способ добычи и подачи тепла подходит для домов любого размера.

Недостатком считается большой объем разовых затрат на покупку оборудования, установку и запуск системы в работу. Для формирования конструкции требуется насос, некоторое количество материалов, монтаж наружного коллектора и внутреннего контура.

Расчет теплового насоса

Как мы уже упоминали выше, низкопотенциальными источниками тепла для таких насосов чаще всего бывают перечисленные ниже среды:

  1. Воздух из наружного пространства с температурой в среднем от -15 до 25 градусов.
  2. Воздух из обогреваемого помещения, его температура составляет 15 – 25 градусов.
  3. Воздух, из подпочвенного зонда нагретый до плюс 4 – 10 градусов.
  4. Воздух из геотермальных пластов, температура которого может быть 10 и более градусов.
  5. Воздух из донных зондов незамерзающих водоемов с температурой 0 – 10 градусов, в том числе и полученный в зондах, установленных на каналах промышленных стоков предприятий.

Методика расчета

Любой тепловой расчет является сложнейшим процессом, осуществить который доступно только квалифицированным специалистам. Тем не менее, можно предложить упрощенную методику, достаточную для получения результата, определяющего выбор той или иной модели агрегата.

Расчет сводится к выполнению ряда этапов:

  1. Определение величины тепловых потерь через ограждающие элементы строения – стены, потолки, чердачные помещения, окна, двери и прочее. Этого можно достичь, воспользовавшись следующей зависимостью:

Фото - устройстов теплового насоса

Qок = S x (tвн – t нар) х (1 ?b) x n : Rт, где

  • расчетные значения теплопроводности материалов ограждающих конструкций;
  • коэффициент рассеивания тепла с внутренних поверхностей;
  • то же, для наружных поверхностей.

Qт.пот = Qок Qи-Qбл, где

  1. Основываясь на полученных результатах можно рассчитать потребность в электроэнергии в течение года. Для этого воспользуемся соотношением:

Qгод = 24х0,63 х Qт.пот х ((d x (tвн-tнар.ср) : (tвн-tнар)) (кВт/час) в год, где:

  • tвн- желательная величина температуры во внутренних помещениях дома;
  • t нар – фактическая наружная величина температуры;
  • tнар.ср – среднегодовая величина температуры в регионе;
  • d – протяженность отопительного периода, дней.
  1. Желая иметь более достоверное представление о теплонасосе, нужно сделать расчет величины тепловой мощности, которая понадобится, чтобы разогреть воду в системе отопления дома. Это доступно с использованием такой расчетной формулы:

Рекомендуется полученный результат увеличить на 10%, учитывая более интенсивную работу системы при пиковых нагрузках. Предварительный расчет мощности теплового насоса для отопления дома позволяет сделать безошибочный выбор установки.

Для выполнения расчета можно использовать специальный калькулятор, они в изобилии представлены в интернете

Воздух

P = V x C x T,

Тепловой насос для отопления, популярная продукция

Горизонтальный коллектор:

  • Насос – 4500$;
  • монтаж – 2500$;
  • стоимость эксплуатации – 350$ в год.

Геотермальный зонд:

  • Насос – 4500$;
  • монтаж – 4500$;
  • стоимость эксплуатации – 320$ в год.

Фото - воздух-вода

Воздушный – для дома:

  • Насос – 6500$;
  • монтаж – 400$;
  • стоимость эксплуатации – 480$ в год.

Насос для дома «вода-вода»:

  • Тепловой насос – 4500$;
  • монтаж – 3500$;
  • стоимость эксплуатации – 280$ в год.

Приведенные цены не окончательны. Конечная стоимость будет зависеть от страны и компании-производителя устройства, типа местности, климатических особенностей, цены бурения, строительных условий и т.д. Например, цена воздушного насоса от российского производителя составит около 7000$, а от зарубежного – 13000$.

Также не нужно забывать о стоимости электроэнергии. Несмотря на то, что оборудование не потребляет много электричества, эти расходы непременно следует учитывать при составлении общей сметы и планировании бюджета.

  • Stiebel Eltron

Эти приборы от известного производителя являются самыми востребованными, если верить статистике продаж. Немецкий концерн выпускает разные модификации. Для небольшого дома – мощностью в пределах 18-30 кВт, для предприятий – более габаритные установки. Модели данной марки отличает надежная автоматика, позволяющая упростить эксплуатацию.

  • Danfoss

Не менее авторитетная датская компания специализируется на выпуске исключительно для частных домов. Потому и максимальная мощность агрегатов – 36 кВт. Отличаются от моделей Stiebel Eltron большей температурой на «подачу» – до 90°C. Кроме того, они несколько экономичнее немецких аналогов. Еще плюс – некоторые из них управляются дистанционно, даже с гаджетов.

Насосы отечественного производства. Следовательно, адаптированы к нашим зимам. Эффективность не снижается и при температуре -60°C. Характеризуются низким эн/потреблением. Изделия для частных домов могут подключаться к сети 220/1ф. Более мощным моделям нужна трехфазная линия.

Еще одна российская разработка. Отличается большим выбором по мощности (кВт) – от 4,5 до 100. Учитывая неприхотливость агрегатов, один из лучших вариантов для жилого дома.

Так же ознакомьтесь с нашей статьёй про альтернативные источники энергии «Альтернативные источники энергии в наши дни»

[wysija_form id=»1″]

Теплонасосные установки на российском рынке представлены продукцией фирм: Vaillant (Германия), Nibe (Швеция), Danfoss (Дания), Mitsubishi Electric (Япония), Mammoth (США), Viessmann (Германия). Не уступают им в качестве и российские производители SunDue и Henk.

Агрегат  Nibe легко впишется в интерьер дома

Агрегат  Nibe легко впишется в интерьер дома

Для отопления дома площадью сто квадратных метров потребуется десятикиловаттная установка.

Таблица 1. Средняя стоимость разных типов насосов мощностью 10 киловатт

Изображение Тип насоса Стоимость оборудования, руб Стоимость монтажных работ, руб
1 Грунт-вода
Импортные производители
От 500 000 От 80 000
Грунт-вода отечественные производители От 360 000 От 70 000
2 Воздух-вода
Импортные производители
От 270 000 От 50 000
Воздух-вода
Отечественные производители
От 210 000 От 40 000
3 Вода-вода импортные производители От 230 000 От 50 000
Вода-вода отечественные производители От 220 000 От 40 000

Цена под ключ теплового насоса в среднем составляет около 300 – 350 тысяч рублей. Самым бюджетным вариантом считается система «воздух-вода», так как она не требует осуществления дорогостоящих земляных работ.

Отопление с помощью тепловых насосов

Руководитель группы “Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха” ООО “ГРАСТ”

Задать вопрос

«Система воздух-вода требует меньше вложений на установку, но при этом требует больше расходов на эксплуатацию.»
Изображение Тип насоса Стоимость оборудования, руб Стоимость монтажных работ, руб
Грунт-вода Импортные производители От 500 000 От 80 000
Грунт-вода отечественные производители От 360 000 От 70 000
Воздух-вода Импортные производители От 270 000 От 50 000
Воздух-вода Отечественные производители От 210 000 От 40 000
Вода-вода импортные производители От 230 000 От 50 000
Вода-вода отечественные производители От 220 000 От 40 000

Тепловые насосы за последние годы получили широкое распространение во всем мире, особенно в США, Китае и странах Западной Европы. Причина такой популярности — это частичная государственная компенсация при установке. В России они не так хорошо известны, но все больше заинтересовывают владельцев частных домов ввиду возможности сэкономить на электроэнергии.

Приборы можно приобрести в готовом виде, стоимость продукции зависит от источника энергии, мощности оборудования и производителя. Например, теплонасос со средней мощностью производства Польши без учета затрат на монтаж обойдется примерно в 340 тысяч рублей. Если изготавливать теплонасос своими руками, затраты все равно будут, но намного ниже. В обоих случаях период окупаемости оборудования составляет 2 года.

Решить проблему обогрева загородного дома бывает весьма трудно, особенно при отсутствии традиционных источников энергии в доступности. И даже при их наличии стоимость отопления может быть высокой. Тепловой насос является хорошей альтернативой для тех, кто хочет оптимизировать расходы или предпочитает использовать природные источники энергии.

Какой насос выбрать

Чтобы принять решение, какое устройство подобрать, следует
учитывать факторы:

  • ориентировочный бюджет – сколько денег владелец
    готов потратить на обустройство и подключение полной системы;
  • что представляет собой имеющаяся или планируемая
    система отопления внутри дома – теплый пол, радиатор и т.д.;
  • сколько кв.м владелец готов выделить на участке
    под создание коллектора;
  • можно ли глубоко бурить;
  • необходимость геологической экспертизы (если
    планируется установка геотермального зонда), чтобы понять, насколько глубоко
    должен размещаться коллектор;
  • необходимо ли кондиционировать воздушный поток
    летом;
  • будут ли монтироваться воздушно-отопительные
    приборы.

В процессе выбора рекомендуется обратить внимание на
параметр «коэффициент трансформации тепла» (обозначается как ϕ). От него
зависит, насколько эффективным будет действие устройства. Если при покупке
указано, что ϕ=4, значит при потреблении электроэнергии 1 кВт, тепловой насос
произведет 4 кВт теплоэнергии.

Важно при планировании бюджета учитывать не только затраты на приобретение насоса, но и будущие финансовые расходы на эксплуатацию. Часто эти параметры различаются.

Например, при монтировании системы типа «воздух – вода» затраты на установку будут низкими, однако потребуются крупные вложения на эксплуатацию вследствие невысокой эффективности. Если необходимо минимизировать эксплуатационные расходы, тогда следует остановиться на выборе вертикального грунтового теплового насоса.

Стоимость грунтового или водного устройства и его
подключения достаточно высока, потребуются крупные первоначальные вложения.
Однако уже через 5-10 лет тепловой насос, использующийся для отопления,
окупится. Поэтому принимать решение о необходимости приобретения данного приспособления
следует на основе финансовых возможностей и условий возведения здания (типа
местности, климата и т.д.).

Если, к примеру, глубокое бурение на участке невозможно, его
площадь не позволяет разместить горизонтальный коллектор, а рядом отсутствуют
водоемы, единственным решением остается монтаж воздушного теплового насоса для
отопления дома.

  • Вода-воздух.
  • Грунт-вода.
  • Воздух-воздух.
  • Вода-вода.
  • Воздух-вода.

Перед монтажом отопительной системы важно исследовать особенности участка. Это исследование поможет определиться, какой источник термальной энергии станет оптимальным вариантом. Проще всего, если рядом с домом есть водоём. Этот факт освободит от необходимости проводить земляные работы. Ещё одно практичное решение – использовать участок, на котором постоянно дует ветер. Если нет ни того, ни другого, придётся остановиться на земляных работах.

Сравнение КПД разных систем отопления

Сравнение КПД разных систем отопления

  • с применением зондов;
  • с установкой подземного коллектора.

Геотермальные зонды обычно устанавливают на небольшом участке, площадь которого не позволяет проложить большой трубопровод. Для установки этой системы потребуется оборудование для бурения, так как глубина скважин должна быть не менее ста метров, диаметр – двадцать сантиметров. В такие скважины опускаются зонды. Количество скважин влияет на производительность отопительной системы.

Если площадь участка достаточно большая, можно обойтись без бурения и установить горизонтальную систему. Для этой цели змеевик закапывают на полутораметровую глубину. Этот вариант системы считается самым стабильным и безотказным.

Тепловой насос для отопления дома вода-вода подходит для участков с водоёмами. Для трубопровода можно использовать обычные полиэтиленовые трубы. Собранный коллектор перемещают к пруду и там опускают на дно. Это один из самых дешёвых вариантов монтажа, который возможно выполнить самостоятельно.

Установка змеевика на водоеме

Установка змеевика на водоеме

На участке, где постоянно присутствуют ветра, подойдёт система, использующая тепловую энергию воздуха.  Монтаж в этом случае тоже не потребует особых затрат, его можно выполнить своими руками. Потребуется лишь установить насос не далее, чем за двадцать метров от дома в самом продуваемом месте.

Принцип работы установки воздух-воздух

Принцип работы установки воздух-воздух

Монтаж своими руками

Тепловой насос своими руками изготовить вполне реально, однако для этого необходимо найти хороший компрессор.

В качестве конденсатора можно использовать бак из нержавейки, ориентировочно на 100 литров. А для контура, по которому будет циркулировать теплообменник, отлично подойдут тонкие медные сантехнические трубки.

Тепловой насос своими руками – этапы изготовления:

  1. С помощью уголка, либо L-образных кронштейнов крепим компрессор к стене в том месте, где будет размещаться тепловой насос.
  2. Далее, из медных трубок делаем змеевик – обматываем их вокруг цилиндра подходящей формы. Следите за тем, чтобы шаг намотки по всем змеевику был идентичен.
  3. Бак разрезается на две части, внутрь вставляется змеевик, после чего бак сваривается обратно. При этом в нём создается несколько резьбовых входных отверстий – сверху и снизу, через которые наружу выводятся крайние трубки змеевика.
  4. В качестве испарителя используем обычную пластиковую бочку, в которую заводятся трубы внутреннего контура (либо любую другую емкость, объем которой идентичен конденсаторному баку).
  5. Для транспортировки прогретой воды используются обычные ПВХ трубы.

Фото - грунтовый насос

Для заправки системы фреоном рекомендуется обратиться к специалисту.

Чтобы сделать тепловой насос Френетта своими руками нам необходимо обзавестись такими материалами:

  • Стальной цилиндр (диаметр выбирайте исходя из мощности насоса, которая необходима вам для отопления: чем больше рабочая поверхность – тем более эффективным будет устройство);
  • Стальные диски, с диаметром на 5-10% меньше, чем диаметр цилиндра;
  • Электродвигатель (лучше всего изначально подбирать привод с удлиненным валом, так как на него будут устанавливаться диски);
  • Теплообменник – любое техническое масло.

От количества оборотов, которое может выдать двигатель, будет зависеть температура, до которой насос Френетта сможет прогреть воду для отопления дома, либо бассейна. Чтобы вода в радиаторах прогрелась до 100 градусов необходимо, чтобы привод обеспечивал 7500—8000 оборотов/мин.

Вал силового агрегата на подшипниках размещаем внутри стального цилиндра. Место, где вал входит в цилиндр должно быть надежно уплотнено, поскольку наличие даже малейших вибраций быстро выводит механизм из строя.

На вал двигателя монтируются рабочие диски. Необходимое расстояние между ними можно задать, накручивая после каждого диска гайки. Количество дисков определяется в зависимости от длины цилиндра – они должны равномерно заполнять весь его объем.

В верхней и нижней части цилиндра просверливаем два отверстия: к верхнему будет подведены отопительные трубы, в которые будет подаваться масло, а к нижнему отверстию подсоединяется обратная труба для возврата использованного масла с радиаторов.

Вся конструкция закрепляется на металлической раме. После того как агрегат собран, цилиндр заполняется маслом, к нему подключаются патрубки отопительной магистрали и выполняется герметизация соединений.

Тепловой насос, созданный на производстве

Тепловой насос Френетта обладает очень высоким КПД, что позволяет его эффективно использовать в любых отопительных системах. Он может использоваться для обогрева любых хозяйственных помещений, гаражей, и жилых зданий. Кроме этого, за счет компактных размеров такой самодельный насос отлично подходит для прогрева бассейна, либо «теплого пола».

Но помните, что при прогреве бассейна и других крупных емкостей с водой необходим насос достаточной мощности, иначе вы просто будете использовать его не по назначению, и желаемых результатов не получите.

Особенности монтажа тепловых насосов зависят, в первую очередь, от способа размещения внешнего контура.

  1. Геотермальные тепловые насосы. Для вертикального способа монтажа создаются скважины глубиной от 50 до 100 метров, в которые опускается специальный зонд. Для горизонтальной укладки создается траншея на ту же длину либо котлован, в котором трубы укладываются параллельно друг другу. Трубы закладываются в грунт на глубину полутора метров.
  2. Насосы вода-вода: внешний контур укладывается на дне водоема, и выводятся к тепловому насосу.
  3. Воздух-вода: блок с трубами внешнего контура устанавливается на крыше или на стене здания (по внешнему виду его трудно отличить от наружной коробки кондиционера), и подводится к тепловому насосу внутри помещения.

Учитывая цены тепловых насосов для отопления дома, этот вид отопительных систем нельзя назвать самым дешёвым. Можно сократить расходы при помощи самостоятельного монтажа насоса, но стоит помнить, что неправильная установка чревата потерей КПД устройства.

  • вся система должна быть включена в единый комплекс, включающий в себя скважины, насос, гидравлическую обвязку, автоматическое управление, отопительную систему;
Система отопления с теплонасосной установкой включает в себя целый комплекс агрегатов

Система отопления с теплонасосной установкой включает в себя целый комплекс агрегатов

  • работа по проектированию системы должна учитывать технические характеристики теплового насоса;
  • глубина термальных скважин должна подходить к мощности устройства, потребуется проведение тампонажа;
  • геотермальные зонды, работающие в суровых эксплуатационных условиях, желательно дублировать в каждой скважине;
  • батареи, конвекторы, тёплый пол в доме должны быть связаны с работой теплонасосной установкиа для эффективного отопления.

Есть ли смысл рисковать самостоятельной установкой при приобретении такого дорогостоящего оборудования?

Таким образом, если принято решение купить тепловой насос для отопления дома, цена профессионального монтажа должна быть включена в смету.

Фото - тепловой насос водяной

Если владелец дома хорошо разбирается в принципе работы и
схеме оборудования, можно собрать насос самостоятельно. Предварительно
требуется провести расчеты, для этого воспользуйтесь готовым ПО для оптимизации охладительных систем.

Видео монтажа

Меньше всего сложностей предполагает произведенный своими руками монтаж системы отопления дома «воздух – вода». Она будет состоять из двух каналов (для
подачи воздушного потока и для отвода отработанного), вентилятора и
компрессора. Компрессор не обязательно приобретать новый, допускается
воспользоваться рабочим устройством с холодильника или другого оборудования.
Рекомендуется использовать спиральный компрессор.

Этапы работы:

  1. Сделать из медной трубы змеевик. Трубу, по
    которой будет поступать холодильный агент, разместить сверху.
  2. Вмонтировать змеевик в разделенную напополам
    пластиковую емкость. Она будет выполнять роль испарителя.
  3. Подключить терморегулирующий клапан и
    заизолировать его.
  4. Собрать все элементы в блок и проверить его
    работоспособность.

Важно отметить, что данная процедура является достаточно
сложной для обычного человека. Непрофессионал не сможет правильно собрать все
детали и подключить терморегулирующий клапан. Лучше доверить выполнение работ мастерам,
т.к. ошибки в процедуре станут причиной неправильного функционирования
оборудования либо неэффективного потребления электричества.

Таким образом, тепловой насос – эффективный способ отопления частного дома. На сегодняшний день в России и странах СНГ использование данного оборудования не сильно распространено, однако в Европе и США такие установки активно применяются для отопления.

Выбирать подходящий тепловой насос рекомендуется на основании не только стоимости монтажных работ и эксплуатации, но и региона использования, условий строительства, площади участка и других факторов.

Что такое тепловой насос и как он работает

В окружающей нас среде источников низкотемпературного тепла более чем достаточно. Это промышленные отходы предприятий, тепловых и атомных электростанций, канализационные стоки и пр. Для работы тепловых насосов в сфере отопления дома нужны три самостоятельно восстанавливающихся природных источника – воздух, вода, земля.

Три перечисленных потенциальных поставщика энергии напрямую связаны с энергией солнца, которое путем нагревания приводит в движение воздух с ветром и сообщает тепловую энергию земле. Именно выбор источника является основными критерием, согласно которому классифицируют тепловые насосные системы.

Принцип действия тепловых насосов базируется на способности тел или сред передавать тепловую энергию другому телу или среде. Получатели и поставщики энергии в тепловых насосных системах работают обычно в паре.

Так различают следующие виды тепловых насосов:

  • Воздух – вода.
  • Земля – вода.
  • Вода – воздух.
  • Вода – вода.
  • Земля – воздух.
  • Вода – вода
  • Воздух – воздух.

При этом первое слово определяет тип среды, у которой система отбирает низкотемпературное тепло. Второе указывает на вид носителя, которому и передается эта тепловая энергия. Так, в тепловых насосах вода – вода, тепло отбирается у водной среды и в качестве теплоносителя используется жидкость.

Современные тепловые насосы используют три основных источника тепловой энергии. Это – грунт, вода и воздушная среда. Самый простой из этих вариантов – воздушный тепловой насос. Популярность таких систем связана с их довольно несложной конструкцией и простотой монтажа.

Однако несмотря на такую популярность, эти разновидности имеют довольно низкую производительность. К тому же КПД нестабилен и зависим сезонных колебаний температурного режима.

С понижением температуры их производительность значительно падает. Такие варианты тепловых насосов можно рассматривать как дополнение к имеющемуся основному источнику тепловой энергии.

Варианты оборудования, использующего тепло грунта, считаются более эффективными. Грунт получает и аккумулирует тепловую энергию не только от Солнца, он постоянно подогревается за счет энергии земного ядра.

То есть грунт является своеобразным тепловым аккумулятором, мощность которого, практически, не ограничена. Причем температура грунта, особенно на некоторой глубине, постоянна и колеблется в незначительных пределах.

фото - тепловой насос воздух воздух

Постоянство температуры источника является важным фактором стабильной и эффективной работы данного вида энергетического оборудования. Аналогичными характеристиками обладают системы, в которых водная среда является основным источником тепловой энергии. Коллектор таких насосов располагают либо в скважине, где он оказывается в водоносном слое, либо в водоеме.

Среднегодовая температура таких источников, как грунт и вода, варьируется от 7º до 12º С. Такой температуры вполне достаточно для того, чтобы обеспечить эффективную работу системы.

Преимущества тепловых насосов

К преимуществам систем обогрева с тепловыми насосами относят такие:

  1. Экономическая эффективность. При затратах 1 кВт электрической энергии можно получить 3-4 кВт тепловой. Это усредненные показатели, т.к. коэффициент преобразования тепла зависит от типа оборудования и особенностей конструкции.
  2. Экологическая безопасность. При работе тепловой установки в окружающую среду не попадают продукты сгорания или другие потенциально опасные вещества. Оборудование озонобезопасно. Его применение позволяет получить тепло без малейшего вреда для экологии.
  3. Универсальность применения. При установке систем отопления, работающих от традиционных источников энергии, владелец дома попадает в зависимость от монополистов. Солнечные батареи и ветрогенераторы не всегда рентабельны. Зато тепловые насосы можно устанавливать где угодно. Главное – правильно выбрать тип системы.
  4. Многофункциональность. В холодное время года установки отапливают дом, а в летнюю жару способны работать в режиме кондиционеров. Оборудование применяют в системах ГВС, подключают к контурам теплых полов.
  5. Безопасность эксплуатации. Теплонасосам не требуется топливо, при их работе не выделяются токсичные вещества, а предельная температура узлов оборудования не превышает 90 градусов. Эти отопительные системы не опаснее холодильников.

Идеальных приборов не существует. Тепловые насосы надежны, долговечны и безопасны, но их стоимость напрямую зависит от мощности.

Качественное оборудование для полноценного обогрева и горячего водоснабжения дома 80 м.кв. обойдется примерно в 8000-10000 евро. Самоделки маломощны, их можно использовать для отопления отдельных комнат или подсобных помещений.

Эффективность установки зависит от теплопотерь дома. Оборудование имеет смысл устанавливать только в тех зданиях, где обеспечен высокий уровень изоляции, а показатели теплопотерь не выше 100 Вт/м.кв.

Оборудование надежно и редко ломается

Если оно самодельное, то важно подобрать качественный компрессор, лучше всего – от холодильника или кондиционера проверенной марки

Тепловые насосы для отопления дома: типовые разновидности

Самый удобный способ классификации тепловых насосов предполагает разделение подобных агрегатов по типу среды, в которой проложен первичный контур, питающий теплом испаритель.

И согласно этому способу классификации тепловые насосы делятся на следующие разновидности:

  • Геотермальные агрегаты (земля-вода).
  • Гидротермальные насосы (вода-вода).
  • Аэротермальные установки (воздух-вода).

Причем все виды тепловых насосов эксплуатируют общий принцип работы, но среда «обитания» первичного контура накладывает свой отпечаток и на функционирование, и на обустройство агрегата. Поэтому далее по тексту мы рассмотрим нюансы обустройства каждой разновидности тепловых насосов.

Первичный контур геотермального насоса заглубляют в грунт до отметки 5-6 метров. Причем такой монтаж практикуют при обустройстве систем с горизонтальным теплообменником. А в случае монтажа  вертикального первичного контура практикуется и 150-метровое заглубление, в особую скважину.

При этом минимальный объем работ характерен именно для вертикального размещения первичного контура. Поскольку при горизонтальном размещении необходимо распределить трубы теплообменника  по слишком большой площади (50 квадратный метров на каждую 1000 Ватт энергетической отдачи теплового насоса).

Фото - схема отопления вода вода

Ну а в качестве теплоносителя геотермальный тепловой насос использует совершенно безвредный соляной раствор, незамерзающий даже при отрицательных температурах.

Насос «вода-вода»

Первичный контур гидротермального насоса можно инсталлировать в естественный или искусственный водоем, обычный или сточный колодец, реку или рукотворный канал.

Тепловой насос «вода-вода»

Причем испаритель и  труба с теплоносителем погружаются в воду, как минимум, на 1,5-2 метра. Ведь поверхностные слои могут замерзнуть, повредив и функциональность, и целостность элементов теплового насоса.

Словом, для геотермального насоса придется подобрать «правильный» водоем. А вот сама инсталляция первичного контура происходит достаточно просто – полимерную трубу с тем же соляным раствором «топят» на нужной глубине, используя особы грузила.

И такой способ размещения первичного контура превращает обустройство насосной станции «вода-вода» в чрезвычайно простую и нетрудоемкую операцию. Поэтому, если поблизости есть подходящий водоем, то лучшим вариантом теплового насоса будет именно гидротермальный агрегат.

Тепловой насос воздух-вода

По сути, это тот же кондиционер, правда, много больших размеров. Первичный контур с испарителем размещается «на воздухе», за пределами жилища, в специальном корпусе.

Причем для обеспечения работоспособности насоса в зимнее время этот корпус очень часто объединяют с вытяжным каналом вентиляционной системы жилища.

Словом, основное достоинство данной системы – простота монтажа, а вот эффективность работы насосов «воздух-вода» весьма сомнительна. Ну а в наших широтах они попросту не могут конкурировать с геотермальными или гидротермальными установками.