Тепловой насос для отопления дома: как выбрать

Мировой энергетический комитет составил прогноз использования источников тепла для обогрева зданий на 2020 год. В нем утверждается, что в развитых странах 75% домов будут получать горячее водоснабжение и отапливаться геотермальной энергией нашей планеты.

Принцип работы теплового насоса

Разберем общий принцип работы теплового насоса для отопления дома. Для образования тепла в насосе встроен внутренний контур, по которому движется хладагент, соединенный с трубами в доме при помощи специального теплообменника. Так же функционирует внешний контур, отвечающий за образование тепла от внешнего источника.

Принцип работы теплового насоса
Принцип работы теплового насоса
Принцип работы теплового насоса

Разберем по пунктам, как работает отопление с помощью теплового насоса:

Принцип работы теплового насоса
Принцип работы теплового насоса
Принцип работы теплового насоса
  1. внешний контур генерирует тепловую энергию, которую поглощает хладагент, находящийся в газообразном состоянии. А температура газа, поднявшаяся до +10ºС, уже будет оптимальна для начала процесса работы;
  2. любой вид тепловых насосов имеет составную часть в виде компрессора. При повышении давления хладагент превращается в воду. При этом температура воды достигает +65ºС;
  3. теплообменник в свою очередь отдает тепло воде, находящейся в этот момент в системе отопления;
  4. процесс, описанный выше, происходит заново, потому что дроссельный клапан и капельник понижают давление. От этого хладагент опять переходит в газообразное состояние.
Принцип работы теплового насоса
Принцип работы теплового насоса
Принцип работы теплового насоса

Рассмотрев принцип работы теплового насоса для отопления, становится ясно, что никаких сложностей нет в этой системе обогрева.

Принцип работы теплового насоса
Принцип работы теплового насоса
Принцип работы теплового насоса

Принцип работы установки с тепловым насососом.

Термодинамический тепловой насос это устройство для переноса тепловой энергии посредством термодинамических процессов конденсации и испарения. Термодинамический тепловой насос аналогичен холодильной машине. Однако если в холодильной машине основной целью является производство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе картина обратная.

Рассмотрим подробнее на примере фреонового контура:

Принцип работы установки с тепловым насососом.

Компрессор сжимает газообразный фреон. При сжатии газообразный фреон нагревается. И далее подется в конденсатор (теплообменник). Поступая в конденсатор (теплообменник) под давлением горячий газобразный фреон отдает тепло окружающей среде. Остывая фреон под давлением конденсируется и переходит в жидкую фазу. И далее через клапан (3.) подаётся в испаритель (теплообменник).

В испарителе (теплообменник) происходит сброс давления и фреон из жидкой фазы испаряется. При этом процессе поглащается тепло из окружающей среды.

После чего газообразный фреон снова попадает в компрессор и сжимается.

Принцип работы установки с тепловым насососом.

В процессе работы компрессор потребляет электроэнергию. Соотношение вырабатываемой тепловой энергии и потребляемой электрической называется коэффициентом трансформации (или коэффициентом преобразования теплоты (англ. COP — сокр. от coefficient of performance) и служит показателем эффективности теплового насоса.

Коээфициент COP = 2 означает, что тепловой насос переносит полезного тепла в два раза больше, чем затрачивает на свою работу.

Пример: Тепловой насос потребляет 1 кВт электроэнергии, COP = 3.0 означает, что потребитель получает 3 кВт тепла.

Принцип работы установки с тепловым насососом.

То что кооэфициент COP выше единицы – делает целесообразным применение теплового насоса в вентиляционных установках.

В приточно-вытяжных установках применяется реверсивный тепловой насос. То есть зимой в приточной части установки находится конденсатор фреонового контура, который отдает тепло и тем самым подогревает приточный воздух. Тепло забирается из вытяжного воздуха, где зимой находится испаритель фреонового контура.

ЗИМА

Принцип работы установки с тепловым насососом.

За счет коээфициента COP, который больше 3 на 1 кВт затраченной электроэнергии получаем более 3 кВт тепла. Это гораздо эффективнее электрического нагревателя, где мы получаем тепла столько же, сколько расходуется электроэнергии.

Летом в приточной части находится испаритель. Он забирает тепло из приточного воздуха и тем самым охлаждает его. Конденсатор летом находится в вытяжной части установки и отобранное в приточной части  тепло сбрасывается в вытяжной воздух.

Принцип работы установки с тепловым насососом.

Охлаждать воздух летом до комфортной температуры необходимо на 10 – 15 градусов. Зимой же нужно нагревать порой до 45 градусов. Мощность теплового насоса расчитана как правило на дельту в температуре до 15 градусов. И для работы в зимнем режиме установки оборудуют дополнительным нагревом горячей водой или электричеством. Но даже при условии подогрева электричеством воздуха зимой установки с тепловым насосом в 2,5 раза экономичней, чем без него. Есть преимущество и перед охлаждением воздуха в помещениях обычными кондиционерами. Помимо комфортной температуры установка с тепловым насосом обеспечивает помещение свежим и очищенным воздухом, удаляет использованный, потребляет в 2 раза меньше электроэнергии у нее нет необходимости монтажа внешнего компресорно-коденсаторного блока.

Читайте также:  Водонагреватель не греет воду лампочка горит

Похожие записи:

  • Вентиляционная установка с кондиционером
  • Приточно-вытяжная вентиляция с рекуператором
Принцип работы установки с тепловым насососом.

Цена вопроса и окупаемость

Разумеется, точные расходы на приобретение и монтаж теплового насоса можно подсчитать только в индивидуальном случае – каждый вид имеет свои особенности. Грунтовые установки ориентировочно стоят 4 – 7 тысяч евро – и это без учета цены монтажных работ (которое тоже недешевые – в частности, бурение скважины для зондов). Не каждый способен выложить, не моргнув глазом, подобную сумму за аппарат, который окупится не раньше чем через 2-3 года (как показывает практика, параметр упирается в размеры помещения и его теплоизоляцию).Те, кому охота сэкономить, но не выбрасывая подобные суммы, могут собрать отопительную установку самостоятельно – при наличии прямых рук и базовых навыков со сварочными инструментами, это выполнимая задача для новичка. Стоимость же материалов и расходников для агрегата, аналогичного по характеристикам заводскому, не более 500 – 1000 евро.

Стоимость же материалов и расходников для агрегата, аналогичного по характеристикам заводскому, не более 500 – 1000 евро

Преимущества циркуляционного насосного оборудования

Циркуляционный насос представляет собой относительно небольшое устройство. Монтируется оно внутрь трубопровода, и агрегат обеспечивает перемещение по трубам теплоносителя. Чаще всего используют для отопления циркуляционные насосы с мокрым ротором, при котором смазка и охлаждение подвижных частей системы производятся самим теплоносителем, обычно – водой. Преимуществами такого устройства является:

  • большой эксплуатационный срок
  • бесшумная работа
  • небольшие размеры
  • экономическая доступность

Поэтому циркуляционные насосы для систем отопления загородных домов являются отличным выбором.

Преимущества и недостатки тепловых насосов

Идеального способа отопления помещений еще не изобретено. Каждый известный на данный момент вариант отопительных конструкций обладает плюсами и минусами. К достоинствам тепловых насосов можно отнести:

  • Минимальный уровень воздействия на окружающую среду. Непосредственно сам агрегат не производит никаких выбросов.
  • Достаточно простой монтаж. Установка воздушных тепловых насосов не требует каких-либо тонких или же наоборот сверхсложных в плане прилагаемых усилий работ.
  • Низкая вероятность возгорания. Такие системы, по сравнению с системами, использующими тепловую энергию горения, практически неспособны вызвать пожар.
  • Экономичность. Большая часть вырабатываемой тепловыми насосами энергии черпается из бесплатного источника – атмосферы. Соотношение затраченной электроэнергии к выработанной тепловой составляет порядка 1 к 5.
  • Простота эксплуатации. Обслуживание данных агрегатов вполне по силам даже обычному обывателю, неподкованному в техническом плане.

Количество отрицательных сторон, как и степень их важности, у тепловых насосов незначительны, но все же они есть:

  • Функционирование некоторых систем связано с шумом. К ним относятся вентилятор для забора воздуха и компрессорный блок.
  • Нахождение в прямой зависимости эффективности отопления от температуры окружающей среды. Для регионов, где встречаются экстремальные морозы использование таких систем должно быть сопряжено с наличием резервного источника отопления.
  • Необходимость постоянного подключения к электросети.
Читайте также:  Выбор солнечных батарей для частного дома

Как несложно заметить выгода от использования тепловых насосов перевешивает незначительные недостатки, связанные с их эксплуатацией.

Расчёт контура теплоснабжения

  • 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.

Можно быстро предварительно рассчитать энергетические потребности дома по формуле:

P = V x C x T,

где V — объем жилья в м 3;

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.

Пример: Дом площадью 200 м², высотой 2, 5 м, расположенного в Московской области, температура внутри помещения 20 C, температура наружного воздуха — 16 С. P = 200×2, 5×0, 9 x (20 — (-16)) = 16200 Вт

Для этого дома, требующего 16 кВт, мы необходим тепловой насос мощностью от 16 кВт до 20 кВт .

Схемы циркуляции теплоносителей

При работе теплового насоса (ТН) используется три замкнутых контура, по которым циркулируют различные жидкости/газы — теплоносители. Каждый из них выполняет свои функции.

Контур съема потенциала энергии источника

При заборе тепла воздуха используется искусственный обдув корпуса испарителя воздушными потоками от вентиляторов.

Замкнутый цикл жидкого теплоносителя для передачи тепла водной среды или земли осуществляется по трубопроводам, которые соединяют змеевик испарителя с коллектором, утопленным на дно водоема либо заглубленным в землю на расстояние, превышающее промерзание грунта в сильные холода.

В качестве теплоносителя применяются незамерзающие жидкости на основе разбавленных водных растворов спирта. Их принято называть «антифризы» или «рассолы». Они под влиянием более высокой температуры (≥+3ºС) поднимаются к испарителю, передают ему тепло, а после охлаждения (≈-3ºС) самотеком направляются назад к источнику энергии, обеспечивая непрерывную циркуляцию.

Внутренний контур

По нему циркулирует хладагент на основе фреона, «поднимая» тепло на более высокий уровень. Под действием температуры он последовательно переходит в газообразное и жидкостное состояние.

В состав внутреннего контура входят:

  • испаритель, забирающий энергию от рассолов и передающий ее фреону, который при этом закипает и становится разреженным газом;
  • компрессор, сжимающий газ до высокого давления. При этом резко увеличивается температура фреона;
  • конденсатор, в котором горячий газ передает свою энергию теплоносителю выходного контура, а сам остывает, переходя в жидкое состояние;
  • дроссель (расширительный клапан), редуцирующий фреон за счет перепада давления до состояния насыщенного пара для поступления в испаритель. При прохождении хладагента через узкое отверстие давление теплоносителя падает до начального значения.

Выходной контур

Здесь циркулирует вода. Она обогревается в змеевике конденсатора для использования в обычной жидкостной системе отопления. При этом способе ее температура достигает порядка 35ºС, что обусловливает ее применение в системе «Теплый пол» с длинными магистралями, позволяющими равномерно передавать генерируемую энергию всему объему помещения.

Использование только радиаторов отопления, создающих меньшие объемы теплообмена с пространством комнат, не так эффективно.

Производители

Насосы этой категории, вне зависимости от фирмы, после окончания эксплуатационного срока подлежат замене, так как велика вероятность остановки из-за внезапных поломок. Разделение агрегатов проводится по производителям, так как каждый из них акцентирует внимание на производительности, стоимости и надежности, то и конечные характеристики насоса отличаются.

Читайте также:  Выделение тепла: почему россиянам отключают отопление в морозы

Европейские – как правило, все работают в среднем или высоком ценовом сегменте и предлагают высокое качество. Снижение цены происходит за счет оптимальных конструктивных решений и маркетинговой политики, в том числе и переноса производства в Китай.

  • Высоким качеством и работоспособностью выделяется немецкий производитель Grundfos – эти модели оснащаются энергосберегающими технологиями. Заявленный срок эксплуатации не менее 10 лет.
  • Компания Wilo также выпускает качественные промышленные и бытовые модели, в основном с электронным управлением.
  • DAB – Италия. При регулярной профилактике, насосы работают безотказно. Компанией затрачивается много средств для устранения шума в насосах сухого типа.

Европейские производители циркуляционных насосов Источник

Китайские – кроме цены стоит обратить внимание на компанию.

  • Хорошо зарекомендовали себя модели компании Oasis. В первую очередь это стоимость, которая меньше российских и европейских аналогов на 30 %. При этом гарантирована работа на протяжении заявленного срока эксплуатации.

Российские – также как и остальные участники, работают согласно европейских ГОСТов и выполняют все требования по безопасности.

  • Среди российских производителей наиболее известна фирма «Саблайн Сервис» бренд UniPump. Изготавливает насосы различной направленности. Модели отличаются невысокой стоимостью и использованием наиболее рациональных технологий.
  • Wester принадлежит компании «Импульс». Выпускает продукцию в ограниченном ассортименте. Насосы отличаются хорошей сборкой и использованием деталей с высоким запасом прочности.
  • Компания Джилекс модели «Хозяин» и «Циркуль». В линейке присутствуют насосы для небольших контуров и 2;-3 этажных систем.

Тепловой насос для отопления, популярная продукция

  • 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. Например, разморозка осуществляется без вмешательства пользователя. Еще одно преимущество – применение каскадных схем. Размещение нескольких насосов, работающих на общий отопительный контур, позволяет обогревать большие площади с регулировкой по мощности в значительном диапазоне.

  • 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.

  • Корса

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.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Преимущества использования тепловых насосов

Следует выделить ряд основных преимущественных характеристик:

  • Стабильный источник тепловой энергии (вода, воздух, грунт).
  • Экологичность – отсутствие продуктов сгорания и пр., которые являются обязательными в случае использования дизельного, твердотопливного, газового оборудования.
  • Простая эксплуатация, не требующая постоянного вмешательства.
  • Безопасность использования. Тепловой насос для отопления дома не загорится, не взорвется и т.д.

Но главное достоинство – экономичность. Безусловно, на тепловые насосы цена немаленькая, плюс временные/финансовые затраты на установку, но все это быстро окупится. Можно привести пример. Установленная система в новый дом около 100м2. окупается уже через пару лет, а дальше «чистая экономия».