Тепловые насосы для отопления дома — 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.