Что такое тепловой насос?

Для полноценного функционирования систем отопления, подачи горячей воды, а также работы кондиционеров необходим постоянный источник энергии. Существует множество различных теплогенераторов, работающих от электричества, на дизельном топливе или газе. Каждый имеет свои недостатки: запах, опасность воспламенения, сложность конструкции и т.д. Тепловой насос – современное решение, которое избавит от большинства проблем.

Самым важным достоинством устройства является его удобство в применении. Тепловое оборудование использует энергию, накопленную в течение теплого времени года из окружающей природы: земли, воды, каменных пород. При выборе такого типа устройства вы навсегда забудете запах газа и дизеля, снизите пожароопасность жилья, сэкономите на энергопотреблении.

Функционирование систем отопления, работа которых основана на электрической энергии, требуют большой мощности, что не всегда представляется возможным. Решить данную проблему поможет установка теплового насоса. Для его успешной эксплуатации потребуется природный источник питания. Если сравнить количество потребления такого устройства с традиционным отоплением, то для его полноценного функционирования достаточно 1/4 мощности стандартной системы.

Тепловой насос существенно экономит затраты на энергию. Цена на установку такого оборудования в сравнении с монтажом котлов, функционирующих на топливе или электричестве, дорогостояща. Но оно окупает себя за счет экономии на расходе энергоносителя в течение 3-5 лет.

Принципы работы устройства

Конструкция теплового насоса имеет два трубопровода: внешний и внутренний. Один прокладывается через источник энергии, которым является природный элемент. Им может быть грунт, водоемы, породы скал или воздух.

Теплоноситель прокачивается по трубам через источник и нагревается на несколько градусов. Затем он проникает внутрь насоса, проходит через теплообменник, выполняющий функцию испарителя. Тепло отдается внутреннему контуру, который заполнен материалом, закипающему при маленьких температурах. При соприкосновении с данным элементом жидкость испаряется и превращается в пар. Для этого достаточно иметь температуру – 50 °С.

Газообразное вещество проводится в компрессорный отдел. Здесь оно сжимается, давление внутри резко увеличивается, температура повышается. После этого газ переносится в конденсатор, в котором отдает тепло жидкости, циркулирующей в радиаторах отопления. Горячий газ остывает и вновь возвращается в свое прежнее состояние, а нагретый теплоноситель поступает по трубам в радиаторы.

Хладагент, проходя обратно через конденсатор, понижает свою температуру еще на несколько градусов, но давление его остается прежним. Для того чтобы понизить напор жидкости, она поступает обратно в испаритель через специальный редукционный клапан. Цикл начинается снова.

Виды природных источников тепла

Источником теплоэнергии может быть любой природный материал, который имеет температуру независимо от времени года не ниже – 1 °С. В качестве него используют озера, реки, море, породы скал, землю, теплый воздух из системы кондиционирования и вентиляции и другие.

Внешний контур – полиэтиленовые трубы. Они устанавливаются в источнике тепла. Трубопровод собирает тепловую энергию из окружающей среды. Жидкость, находящаяся внутри системы, состоит из 30% этилового спирта или этиленгликоля.

Скалистые породы

При использовании скалистых пород вырывается скважина. В нее опускается полиэтиленовый трубопровод. Скважина должна быть глубокой. Для удешевления процесса часто выкапывают два или более отверстий в породе. Глубина в таком случае рассчитывается из общих размеров. Для того чтобы все сделать правильно, следует учесть производительную силу теплового насоса. 50-60 Вт энергии тепла – это 1 метр глубины скважины. При использовании насоса мощностью 10 кВт необходимо вырыть ее на 170 метров.

Грунт

Для теплового насоса используется грунт с повышенной влажностью. Лучше всего для этого подходят участки с расположенными рядом подземными реками. Благодаря грунтовым водам земля будет постоянно увлажняться в любое время года. Внешний контур теплового насоса прокладывается глубоко в почву на расстояние не менее, чем 1 метр от поверхности. Между трубопроводами должен быть выдержан отрезок от 80 см до 1 метра.

Полезная мощность теплового насоса с уложенным в грунт внешним контуром составляет от 20 до 30 Вт/м. Поэтому для монтажа оборудования, имеющим производительность 10 кВт, необходимо взять трубу длиной не менее 450 м. Для этого достаточно иметь площадь 20 на 20 кв.м.

Перед укладкой трубопровода в землю участок не требует специальной подготовки. Расположенные на поверхности объекты и растения никакого влияния на внешний контур теплового насоса не имеют. Самым важным при монтаже труб в грунт является правильный расчет.

Вода

Самым идеальным источником тепла для насоса является водоем, расположенный на близком расстоянии от объекта отопления. При использовании озер или рек трубопровод прокладывается по самому дну. Данный способ считается наиболее удачным, потому что в водоеме в любое время года температура всегда остается положительной. Зачастую зимой на дне вода имеет самый «высокий» показатель.

Для получения максимальной пользы не нужно прокладывать длинный внешний контур. Короткие трубы позволяют преобразовать максимум энергии. Для того чтобы выработать 30 Вт мощности, необходим 1 м трубопровода, на 10 кВт понадобится около 300 м. При монтаже внешнего контура важно его закрепить на дне водоема так, чтобы он не всплывал, поэтому рекомендуется подвесить на каждый метр трубопровода груз весом около 5 кг.

Теплый воздух

Воздух может стать хорошим источником тепла. Для этого разработана специальная модель. Насос преобразует тепло из вытяжки вентиляции. Часто такой тип отопления используется на крупных промышленных помещениях, где вырабатывается горячий воздух в большом количестве. Это могут быть пекарни. Также воздушные насосы широко применяются при производстве керамических изделий. Подобные модели отлично подходят для отопления загородных дач в летний период.

Пиковый электронагреватель

Практически все модели тепловых насосов имеют важный элемент – электронагреватель. При покупке отопительного оборудования необходимо учитывать показатель номинальной мощности. Он высчитывается в условиях максимальной нагрузки при самой низкой температуре. Но в большинстве регионах страны такие условия держатся всего несколько недель в году, поэтому приобретать тепловой насос большей мощностью из расчета на данный период нецелесообразно. Фактически потенциальные возможности устройства не будут использоваться. Выгоднее приобрести оборудование меньшей мощности и в случае необходимости подключать к нему электрообогрев.

Электронагреватель имеет небольшую стоимость, но он затратен в потреблении электроэнергии. Тепловой насос наоборот, сам по себе стоит дорого, но вырабатывает дешевую энергию. Использование их в комбинации друг с другом позволит получить максимальную отдачу тепла и существенно сэкономить на коммунальных платежах. Разумное применение сократит окупаемость оборудования в несколько раз. Определение совместимых мощностей для теплового насоса и электронагревателя высчитывается по универсальному интегральному графику.

Активное и пассивное кондиционирование

При работе теплового насоса происходит естественный процесс кондиционирования. Зимой тепло забирается из природных источников и запускается в систему отопления дома, а летом холодные температуры переносятся в помещение из скважин или водоемов. Принцип работы при кондиционировании такой же, что и при отоплении. Единственным различием является то, что вместо радиаторов ставятся фанкойлы.

Существует два режима, при которых происходит поступление холодного воздуха в помещение. При пассивном кондиционировании теплоноситель просто проходит цикл за циклом между источником и фанкойлом. Холодный воздух поступает в дом без включения компрессора. Его подключают в том случае, если такого охлаждения недостаточно. Охлаждение с работающим компрессором называется активным.

Тепловой насос в системе теплых полов

Тепловой насос идеально походит для нагрева системы теплых полов. По своим техническим характеристикам оборудование подает теплоноситель, который имеет максимальную температуру не выше 55 °С. Для успешной организации радиаторного отопления следует правильно произвести все расчеты, иначе насос не сможет дать нужное количество тепла. Для подогрева пола такой температуры хватит сполна.

При комплексной установке насоса и системы теплого пола энергия будет не только экономно затрачиваться, но и равномерно распределяться по всей поверхности. Энергоресурсы в данном техническом тандеме расходуются на 80% меньше, чем при эксплуатации традиционных методов отопления.