Конструктивные особенности отопления дома тепловым насосом

Или войдите на сайт, если уже зарегистрированы…

Принцип действия

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.
Принцип действия

За последнее время технология изготовления тепловых насосов значительно улучшилась. Современные агрегаты способны забирать тепловую энергию из воздуха с температурой до -30 градусов, а также воды и почвы – до 2 градусов. В цикле Карно рабочим телом является фреон. Это газообразное вещество начинает кипеть при минусовой температуре. Хладагент последовательно испаряется и конденсируется в двух теплообменных камерах, поглощая при этом энергию из окружающей среды. Затем он транспортирует ее к потребителю.

Схема теплового насоса аналогична принципу действия кондиционера, работающего на обогрев:

  • Пока фреон находится в жидком состоянии, хладагент циркулирует по трубам теплообменника. Забирая теплоэнергию из окружающей среды, фреон закипает и начинает испаряться.
  • Затем газ попадает в компрессор, который повышает давление до нужного значения. В результате точка кипения хладагента повышается, и вещество конденсируется при более высокой температуре.
  • Проходя через внутреннюю теплообменную камеру, фреон отдает накопленную энергию теплоносителю и снова переходит в жидкое состояние.
  • После этого газ поступает в ресивер и дроссель. Когда давление вещества снижается, рабочий цикл повторяется.
Принцип действия

Чтобы понять принцип действия агрегата и узнать, как устроен тепловой насос, должна быть изучена схема.

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

Система отопления с тепловыми насосами

Отопление воздух-воздух применяется в быту в локальных помещениях или во всем доме. При переоборудовании котельной газовый, электрический котлы станут дополнительным источником тепла, которые пригодятся при значительных понижениях наружной температуры – в этом случае эффективность ТН падает и резервный нагрев поможет справиться с нагрузкой на систему.

Рекомендуем к прочтению:Ремонт котельного оборудования и котлов отопления

Удобнее всего применять тепловой насос как локальное оборудование местного значения, не придется покупать и устанавливать громоздкие агрегаты, подача тепла осуществляется по гибкой системе с регулированием нагрева, при этом поломка одного устройства не выведет из строя всю систему.

Читайте также:  Электропечи для бани или сауны: зарубежные и отечественные модели

Локальная схема имеет и недостатки:

  1. Сложности с четким направлением потока прогретого воздуха. Без системы воздуховодов направленности не добиться, а протягивать дополнительные трубопроводы не всегда рационально.
  2. Эффективность одного мощного котла прогрева выше, чем совокупная производительность всех тепловых насосов, множество наружных блоков перегрузят фасад.
  3. Максимальная протяженность трассы между внешним и внутренним блоком имеет ограничения. Параметры прописываются в техпаспорте устройств и могут стать препятствием для сооружения локальной сети отопления для офиса внутри небольшого строения.
Система отопления с тепловыми насосами

Если обустраивается централизованная подача с применением теплового насоса воздух-воздух, то приобретается один мощный агрегат, прокладывается центральный воздуховод с отводами в каждое отапливаемое помещение. В стенах необходимо пробивать отверстия под воздуховоды, к тому же теплые потоки, подаваемые с потолка, поднимают пыль – но это единственные недостатки сети.

Плюсов больше:

  • контроль температурных показателей нагрева во всех помещениях дома;
  • доступность интеграции дополнительного оборудования – фильтров, увлажнителей;
  • при снижении теплоэффективности, сеть дополняется прибором рекуперации, что минимизирует утечку тепла;
  • одно мощное устройство обслуживать намного выгоднее.

На заметку! Установка одного ТН занимает меньше времени на восстановление функциональности при значительных понижениях температуры. Для запуска в работу наружный блок придется прогревать, с одним агрегатом работа пройдет намного быстрее.

Чтобы не сталкиваться с проблемой перемерзания наружных блоков, рекомендуется наладить систему подготовки воздуха на основе почвенного теплообменника – это упростит работу ТН воздух-воздух при понижении температуры.

Набор элементов для формирования воздушного отопления

Чтобы собрать систему, требуется наличие внешнего, внутреннего блоков и контура для транспортировки хладагента. Также пригодится вентилятор, который будет нагнетать воздух в каналы. Воздуховоды и вентиляционное оборудование пригодятся только при формировании централизованной сети, для локального прогрева хватит блоков и контура.

Внутренний блок устанавливается в помещении, наружный выносится за пределы строения. Установка наружного блока допускается на определенном расстоянии от внутреннего – размер удаления указывается в техпаспорте. Что касается внутреннего модуля, он навешивается таким образом, чтобы подавать тепло в локальную зону с учетом эффективности распространения потоков.

Совет! При обустройстве централизованной системы нужны тщательные и сложные расчеты, которые лучше поручить профессионалам. После получения проекта следует оценить его сложность, при отсутствии навыка обустройства системы, пригласить мастеров.

Система отопления с тепловыми насосами

Где применяется воздушная система отопления?

Область использования зависит от типа сети. Прямоточные схемы с постоянным обновлением воздуха в помещении применяются в промышленных цехах, где есть риск скопления взрывоопасных или пожароопасных частиц. Локальный прогрев выгоднее использовать в офисах, частных строениях.

Совет! В регионах с суровым климатом в дополнение к ТН важно продумать наличие резервных источников тепла, например, твердотопливного котла. Оборудование снизит нагрузку на насос в период сильных холодов.

Коэффициент эффективности

Именно этот параметр позволяет сопоставить эффективность установок различного типа, чтобы определить оптимальный вариант. Данный термин является тем самым КПД. Рассчитывается эффективность как отношение вырабатываемого количества энергии и потребляемому. Под потреблением стоит понимать электроэнергию, затраченную на запуск системы и расходуемую в процессе ее работы. Независимо от времени года для водяных модификаций коэффициент эффективности равен 5.

Другими словами, если устройство потребляет, скажем 2 кВт в час, то установка выдает до 10 кВт час, но уже в виде тепла. Геотермальное отопление частного дома менее эффективно, так как коэффициент равен 4,0-4,5. В случае с воздушным типом определяющим фактором является температура окружающей среды. Так при нуле он равен 3,5. Если же она снизится до -20 град. то эффективность будет равна 1,5. Именно нестабильность в последнем случае является фактором низкого спроса на устройства воздушного типа. А все больше людей отдают предпочтение «золотой» середине – геотермальным агрегатам.

Часто поставщики оборудования указывают в техническом описании КПД в процентах. Этот маркетинговых ход не должен ввести вас в заблуждение. Если, например, имеет место характеристика эффективности в 400%, то это означает, что коэффициент равен 4. Иными словами при потреблении 1 кВт*ч электроэнергии отопительная система способна вырабатывать до4 кВт*ч. То есть величину, указанную в процентах необходимо разделить на 100. Это и будет отношение потребления к «выработке».

Тепловые насосы геотермального вида

Закрытые системы делятся на несколько видов:

  1. Геотермальные с горизонтальным расположением подразумевают укладку коллектора в траншее ниже глубины промерзания почвы. Это – примерно 1,5 метра. Коллектор укладывают кольцами с той целью, чтобы уменьшить площадь земляных работ до минимума и обеспечить на небольшой площади достаточный контур (прочитайте: «Геотермальные тепловые насосы для отопления: принцип устройства системы»). Данный метод подходит лишь в том случае, если имеется в распоряжении достаточно свободной площади участка.
  2. Геотермальные конструкции с вертикальным расположением предусматривают размещение коллектора в скважине глубиной до 200 метра. Такой метод применяется при отсутствии возможности расположить теплообменник на большой площади, что необходимо для горизонтальной скважины. Также геотермальные системы с вертикальными скважинами делают в случае неровного ландшафта участка.
  3. Геотермальные водные подразумевают помещение коллектора в водоем на глубину ниже уровня промерзания. Укладка выполняется кольцами. Такие системы не могут использоваться, если водоем имеет небольшие размеры или недостаточную глубину. Необходимо учитывать, что в случае промерзания водоема на том уровне, где находится коллектор, насос работать не сможет.

Тепловой насос воздух вода — особенности, детали на видео:

«Трансформатор тепла» своими руками

КПД теплового насоса выражается отношением получаемой из внешних источников энергии к затраченной энергии на работу устройства. В современных моделях «отопительный коэффициент» достигает 4 единиц. Другими словами, на 4кВт полученной энергии, затрачивается всего 1кВт. Это выгодно, особенно для организации обогрева домов в нашей стране, где отопительный сезон длится пол года.

Проблема в том, что стоимость адекватного «трансформатора тепла» достаточно высока (в среднем 10 тыс. евро). Плюс монтажные работы на установку коллектора. Большинство наших соотечественников не в состоянии воспользоваться всеми благами альтернативного отопления. Есть возможность минимизировать расходы и попытаться собрать тепловой насос для отопления дома своими руками, ведь, по большому счету, это холодильник наоборот.

Важно! Следует понимать, что создание данного устройства требует серьезного термодинамического расчета, который может сделать обычный домашний мастер не в состоянии. Ниже мы приведем схему.

За основу берется старый, но вполне рабочий холодильник, который у большинства наших соотечественников стоит в качестве обувной полки на балконе или склада мелких запчастей в гараже.

«Трансформатор тепла» своими руками
  • Холодильник устанавливается в отапливаемом помещении.
  • В дверце морозильной камеры устанавливается воздуховод с нагнетающим вентилятором. Воздуховод, выводится непосредственно на улицу.
  • В дверце холодильника монтируется второй (выходной)воздуховод, который также выводится не улицу.

Скажем честно, дом таким способом не обогреешь, но гараж или небольшое хозяйственное помещение – запросто.

Совет: Чтобы данная система работала постоянно, следует отключить из схемы терморегулятор и соединить все напрямую.

Как установить циркуляционный насос для отопления?

Перед тем как подключить циркуляционный насос, важно провести замеры и расчеты, выявить требуемые параметры насоса и выбрать место его монтажа. При монтаже циркуляционного насоса надо четко придерживаться схемы подключения.

Соблюдайте правило при монтаже насоса – устанавливайте его так, чтобы вал насоса встал горизонтально. При игнорировании данного правила и установке вала насоса в вертикальном положении его эффективность снижается на 30% и повышается уровень шума в рабочем состоянии.

Читайте также:  Cхема отопления частного дома с естественной циркуляцией

Циркуляционный насос устанавливается на обратном трубопроводе до котла. Если остановить выбор на этом методе, насос будет работать в более благоприятных условиях и при более низких температурах циркулирующей жидкости, что хорошо скажется на моторесурсе прибора и продлит срок его службы. Не забывайте и об удобстве расположения насоса, ведь система потребует периодического обслуживания, а для этого нужно выбрать место с легким доступом.

Читайте материал по теме: Как выбрать трубы для отопления: виды, критерии, производители

Способ монтажа циркуляционных насосов можно выбрать исходя из двух стандартных схем:

  1. Однотрубная схема – постоянный расход теплоносителя и невысокая температурная разница;

  2. Двухтрубная схема – переменный расход теплоносителя и высокая разница в температурах.

Для длительного срока работы циркуляционного насоса нужно придерживаться несложных правил использования:

  1. Не позволяйте циркуляционному насосу работать, если в системе отопления отсутствует теплоноситель;

  2. При перепадах в объемах подачи теплоносителя насос больше подвержен риску выхода из строя. Соблюдайте конкретный диапазон допустимых расходов теплоносителя;

  3. В периоды, когда насос не работает, некоторые его элементы наиболее подвержены процессам окисления. В целях профилактики, даже при остановленном отоплении вне зимнего периода, включайте насос на несколько минут хотя бы раз в месяц.

Перед тем как запустить насос, убедитесь в его исправности. Выполните следующие рекомендации:

  • Убедитесь в отсутствии посторонних шумов и вибраций в циркуляционном насосе, произведя его кратковременный пуск;

  • Постарайтесь проверить соответствие рабочих параметров насоса при его пуске;

  • Проверьте, нет ли излишнего нагрева мотора насоса;

  • Проверьте наличие заземления на насосе;

  • Проверьте места соединения насоса к трубопроводу на наличие течей. В случае их обнаружения замените уплотнительные прокладки, подтяните соединения;

  • Убедитесь в надежности соединения электрокабеля циркуляционного насоса.

При обнаружении неисправностей в циркуляционном насосе произведите ремонт устройства, предварительно его обесточив.

Список наиболее частых неполадок циркуляционных насосов и способы их устранения приведен ниже:

  • При работающем насосе не прокручивается вал, но слышны звуки работы – предположительная причина – окисление некоторых элементов насоса при его длительном простое. Для устранения возможной неисправности отверните гайку на корпусе насоса и проверните вал насоса с крыльчаткой подходящим инструментом;

  • Возникли проблемы с электропитанием – проверьте напряжение насоса, соответствует ли оно заявленному в техпаспорте изделия, проверьте корректность подключения проводов в клеммной коробке;

  • Через некоторое время после включения циркуляционного насоса происходит его остановка – причиной этому могут являться отложения. Устранить их можно, сняв двигатель насоса и очистив его от накипи;

  • Слышен резкий шум при старте насоса – нужно устранить накопившийся воздух. Для этого отверните специальный воздушный винт на корпусе, дождитесь, пока из-под него потечет вода, заверните винт. Чтобы избежать повторения проблемы, необходимо выбрать и установить автоматический воздухоотводчик;

  • Наблюдаются вибрации при работе циркуляционного насоса – возможной причиной является изношенный подшипник. Замените его.

Перегрев циркуляционного насоса возможен по нескольким причинам:

  • Возник засор, на внутренних стенках трубопровода накопились отложения и ржавчина, за счет чего уменьшился проходной диаметр труб и затруднил циркуляцию воды. В свою очередь, это привело к снижению теплоотдачи и возрастанию нагрузки на электромотор;

  • В насос проникла твердая частичка (возможно, небольшие куски ржавчины). Это может привести к заклиниванию мотора и его дальнейшей поломке;

  • Низкий уровень напряжения в сети. В условиях недостаточного уровня электроснабжения насос начинает работать в экстремальном режиме, что приводит к его перегреву. В качестве решения этой проблемы можно выбрать вариант установки стабилизатора напряжения.