Теплові насоси для опалення будинку типи, принцип дії

Для підтримки оптимальної температури повітря всередині приміщення незалежно від температури навколишнього середовища призначена система опалення. Це комплекс елементів, які отримують, транспортують і передають до всіх приміщень певну кількість тепла. Розрізняють теплоносії:

первинний - передає тепло від системи отримання енергії до теплового носія;
вторинний - передає теплоту приміщенню за допомогою опалювальних приладів.

Система опалення будинку - одне з важливих і необхідних умов пристрою будівель. Включає 3 елементи:

джерело теплової енергії;
комунікації (теплопроводи);
опалювальні прилади (радіатори).

Насосне обладнання

Побутові насоси і їх види

Вже більше двох тисяч років людство використовує насосне обладнання. За цей час воно постійно вдосконалювалося і набуло безліч модифікацій, з яких можна виділити дві основні групи:

Насосами відкачують воду зі свердловин, надр землі, колодязів, вигрібних ям, збільшують в гідравлічних системах тиск води. Побутові насоси можуть бути з електричним джерелом живлення, з двигуном внутрішнього згоряння або ручними.

Насоси в системах опалення

Найголовніше досягнення в використанні насосного обладнання - це можливість повністю виключити необхідність використання твердого палива, газу та інших купованих джерел теплоти. У Європі власники своїх будинків прагнуть до облаштування системи опалення, що працює за рахунок природної енергії за допомогою теплових насосів. Для вітчизняного ринку установка таких систем - новинка. Теплові насоси можуть бути частиною інтегрованих систем, обігрівають і охолоджуючих приміщення. Модифікуються ТН (теплових насосів) в залежності від джерела енергії (вода, земля, повітря).

Пристрій теплового насоса

Теплонасос - це холодильник, який переносить тепло зсередини назовні.

Така система включає:

тепловий насос;
обладнання забору (геотермальні зонди, колектори);
систему розподілу тепла (радіатори, тепла підлога, стіни).

Тепловий насос складається з:

випарника;
конденсатора;
розширювального клапана (розширювального вентиля, що знижує тиск за рахунок розрідження газу);
компресора (який зріджують газ і підвищує тиск).

Принцип дії

Загальна модель показує принцип роботи системи. Щоб простіше зрозуміти весь процес, будемо виходити від простого до складного. Спочатку уявімо замкнутий контур з газом, що приводиться в рух компресором. Додавши розширювальний клапан, в системі буде утворено дві області: з підвищеним і зниженим тиском. Будучи стисливим, газ нагрівається. а при зниженні тиску - охолоджується. Причому найбільш висока температура газу відзначається відразу при виході з компресора, а найнижча температура газу в системі - в точці виходу з розширювального клапана.

Додавши в систему два теплообмінника, з одного боку нагрітий газ через теплообмінник-конденсатор буде частина тепла віддавати споживачеві, з іншого - вже охолоджений за допомогою теплообмінника-випарника буде поглинати тепло від зовнішнього джерела. Ця модель має функції теплового насоса.

Повноцінний вид ТН є після підключення до джерела низькотемпературного тепла (геотермальним зондам) і системі опалення (радіаторів, теплим полам і стін).

У проміжному контурі циркулює охолоджуюча рідина (холодоагент), температура кипіння якого трохи вище -5 ° С. В одній частині циклу він являє собою рідину, а в іншій - газ.

Зазвичай використовується фреон. Спочатку він знаходиться в рідкому стані. У міру нагрівання його температура піднімається. Нагріваючись, фреон перетворюється в газ з температурою близько п'яти градусів.

Далі по ланцюгу газ надходить в компресор, що стискає його. В результаті на виході виділяється максимально можливе для установки кількість тепла (від +35 до + 60-65 ° С). Після гарячий газ надходить в конденсатор. де відбувається передача тепла від теплоносія контурам системи обігріву приміщення.

Віддавши більшу частину теплової енергії, газоподібний фреон надходить в розширювальний клапан. Проходячи через цей вентиль, різко падає тиск і температура, значення яких в точці виходу з клапана мають найменші значення в циклі.

Потім рух повторює коло.

Альтернативне паливо для теплових насосів

грунтові (грунт-вода);
водні (вода-вода);
повітряні (повітря-вода).

грунтові насоси

Відомо, що нижче точки замерзання, грунт має стабільно позитивну температуру (+ 4-6 ° С). Тут розроблені два принципу отримання тепла для опалення за допомогою:

горизонтального контуру;
вертикального колектора.

Горизонтальний геотермальний контур

Потрібно в залежності від типу грунту:

площа від 200 м2 і більше;
котлован глибиною від 1,2 до 2 м.

Занадто глибоко земля не накопичує тепло, і немає необхідності копати траншеї глибше. Поліетиленові труби укладаються в залежності від ділянки горизонтальної змійкою (петлею, равликом) в траншеї, заповнюються антифризом (незамерзаючої рідиною), опресовуються, закопуються. Загальна довжина контуру орієнтовно розраховується як 5 м. П. Труби на 1 м2 площі опалювального будинку. Можливе використання спіральної укладки, що трохи економить площу. недоліки:

вимагає великих площ;
великих матеріальних витрат;
немає функції пасивного охолодження;
зниження температури до кінця опалювального сезону;
зменшення тепловіддачі в залежності від довжини трубопроводу;
усадка грунту не менше одного року;
заборонені посадки рослин з розвиненою кореневою системою;
небажані споруди на займаній території.

Такий спосіб вважається максимально ефективним. В середньому, віддача з 1 м2 варіюється від 30 до 65-75 Вт в будь-яких умовах навколишнього середовища. При відсутності можливості займати досить велику територію під укладку труб, варто розглянути варіант з використанням вертикальних контурів.

Даний спосіб передбачає буріння декількох свердловин глибиною від 20 метрів. На такій відстані від поверхні земля починає нагріватися і має температуру від 8-10 ° С і більше. Залежить глибина буріння від:

місця розташування будови;
типу грунту.

Такий варіант пристрою системи теплового насоса для опалення споруди характеризується:

значними підготовчими і організаційно-технічними роботами;
найбільшими капітальними вкладеннями;
великий займаною площею (при бурінні декількох свердловин, мінімальна відстань між ними не повинно перевищувати 8 метрів);
таким недоліком, як поступове зниження тепловіддачі з плином часу при великій глибині свердловин;
погонной тепловіддачею 50-60 Вт.

Існує технологія буріння свердловин, що не вимагає таких великих площ. Це кластерне буріння. Тут відмінність у тому, що під свердловину відводиться до 4 м2, розміщена вона може бути і під будинком. Геотермальні теплові насоси передбачають використання труб:

полімерних;
корозійно-стійких металевих.

Другий варіант дорожчий, але тут вище показники тепловіддачі з 1 м. П. За однаковий проміжок часу, а також є можливість зменшити глибину свердловин. Термін експлуатації таких ТН (теплових насосів) - 50-70 років.

Насоси системи типу «вода-вода»

У холодну пору року вода має цілком теплу температуру + 5-7 ° С. Робота таких ТН заснована на використанні відкритих свердловин для забору і скидання грунтових вод. На практиці застосовуються два способи:

полімерні труби, обтяжені вантажем, укладаються на дно водойми. Продуктивність приблизно 30 Вт з 1 п.м. Такий спосіб щодо простіше у виконанні, але вимагає великої довжини контуру;
використання свердловини-колодязя, з якої енергія надходить в опалювальну систему, і свердловини для відводу остигнула води.

Повітряні теплові насоси

Системи повітряних ТН набагато дешевше і простіше, але менш ефективні. Розрізняють два варіанти таких насосів:

Представлений зовнішнім і внутрішнім боксами:

перший включає вентилятор і випарник;
другий - конденсатор і систему автоматичного управління. Розташування компресора можливо в будь-якому з боксів.

Складові комплектуючі поміщені в одному блоці. Монтується система як всередині приміщення, так і зовні. Довговічність повітряних ТН близько 20 років.

Переваги вибору системи опалення тепловим насосом

Установка таких систем для опалення будинку відрізняється:

низьким енергоспоживанням (характеризується тепловіддачею 3-7 кВт на 1 кВт витраченої електрики);
автономністю - немає необхідності подавати паливо і прокладати теплові комунікації;
універсальністю - поєднання функцій опалення та охолодження;
безпекою - не вибухонебезпечні, не виділяє СО2;
надійністю - управляється автоматикою і проста в обслуговуванні;
довговічністю - термін служби приладу 20-70 років;
комфортністю - безшумна, не буває стрибків температури і вологості;
екологічністю - викиди не забруднюють природу.

Вибір на користь установки теплового насоса при відсутності поруч газопроводу - це найбільш оптимальне рішення. А грамотні попередні розрахунки з проектування будинку, що передбачають пристрій теплих підлог і стін, використання теплоізоляційних матеріалів у будівництві огороджувальних конструкцій, з вибору типу теплового насоса в комплексі дасть максимальний ефект від експлуатації будинку.