Тепловой насос для отопления дома - принцип работы и их виды

Человечество никогда не перестанет искать альтернативных способов обогрева своего жилья. Это связано не только с желанием экономить затраты на энергоресурсы, но и со стабильностью выработки тепла.

Оптимальной альтернативой являются тепловые насосы для отопления дома, принцип действия которых давно и хорошо известен. Работа тепловых насосов полностью реализована в таких бытовых приборах, как холодильники и кондиционеры.

Только эти устройства используются для понижения температуры, а полученное тепло не применяется с пользой для дела. Ниже мы более подробно рассмотрим, принцип действия теплового насоса для отопления.

Принцип действия тепловых установок для отопления и их устройство

Это приспособление состоит из нескольких частей:

1. Зонд. Он представляет собой обширную магистраль трубопроводов для отбора тепла из внешней среды. Для этой цели он может быть погружен в воду, зарыт в землю или установлен в глубокую скважину.
2. Тепловой насос. Жидкость в его системе, пусть даже с небольшой положительной температурой, подается в испаритель, теряя при этом до 5 градусов. Компрессор сжимает ее, при этом значительно повышая температуру. Попадая в теплообменник, жидкость передает тепло, передавая его в систему отопления дома. В различных видах степень нагрева теплоносителя может достигать температуры до 75 градусов. Охлажденная жидкость в контуре насоса повторяет этот цикл снова и снова, продуцируя тепло для отопления дома.

Рассмотрим виды тепловых насосов для отопления

В зависимости от способа извлечения тепла из окружающей среды такие устройства можно разделить на следующие виды:

• Тепловой насос «воздух – воздух» для отопления дома использует тепловой потенциал, извлеченный из окружающего пространства. Это не самый лучший вариант, поскольку именно в отопительный сезон, когда за окном царят отрицательные температуры, их перепад достигает значительной разницы. А она компенсируется затратами дополнительной энергии. Это значительно снижает эффективность воздушного теплового насоса для отопления дома.
• Более эффективными схемами отбора тепла из окружающего пространства являются водяные установки. Как известно, температура воды у дна любого водоема не опускается ниже 4 градусов по Цельсию, поскольку при этой температуре вода имеет наибольшую плотность. Это не распространяется на водоемы промерзающие до дна.

Следовательно, и температура теплоносителя внутри такой системы будет иметь положительную температуру, а разность температуры наружного воздуха и теплоносителя может составлять, например до 20 градусов, если на улице мороз в 16 градусов.

Тепловой насос «вода – вода» для отопления дома заметно более эффективен предыдущего вида устройства. Правда, далеко не все жители загородных домов имеют в доступной близости подходящий водоем.

• Теплонасосы, устроенные по принципу «земля – вода» более удобны в устройстве и более эффективны. Для их устройства трубы зонда погружаются в землю на определенную глубину, превышающую уровень промерзания грунта. Эта величина для Подмосковья составляет 1,8 метра, что требует значительных земляных работ.

Если размеры участка для загородного дома не позволяет производить обширных земляных работ, можно воспользоваться способом использования геотермального тепла. Для этого нужно пробурить скважину и установить в нее трубы теплообменника.

Это занимает немного времени и сил, а при определенной оснащенности может быть выполнено своими силами. Следует учитывать, что эффективность геотермальных теплообменников напрямую зависит от глубины скважины.

Нельзя сказать, что устройство отопления тепловым насосом частного дома не является альтернативой для использования других тепловых приборов. Скорее всего, эту систему можно рассматривать как вспомогательную. Кроме того, при длительном отсутствии хозяев, тепловой насос может работать в автономном режиме.

Описанные здесь тепловые устройства характеризуются рядом положительных и отрицательных сторон. К положительным относят следующие моменты:

1. Низкие эксплуатационные расходы. Один киловатт затрат позволяет получить до семи киловатт тепловой энергии.
2. Высокая безопасность процесса – нет необходимости в дымоходах и прочих подобных коммуникациях.
3. Отсутствие необходимости в текущем обслуживании в виде постоянной подгрузки топлива, утилизации продуктов горения.
4. Экологичность. Тепловые насосы не выделяю в атмосферу, каких либо веществ.
5. Многофункциональность прибора, позволяющая обогревать помещение зимой и охлаждать его летом.
6. Агрегаты, работающие по схеме «воздух – воздух» и малозаглубленной системы «земля – воздух» не требуют получения специального разрешения для установки.

Вместе с тем, имеется и ряд недостатков в использовании тепловых насосов:

1. Значительные затраты на реализацию и длительный срок окупаемости устройства. Затраты на реализацию насоса примерно вдвое выше, чем при установке печи.
2. Невозможность эксплуатации в условиях отсутствия электроэнергии. Это побуждает к приобретению бензинового генератора, что, опять же, связано с дополнительными затратами.
3. Необходимость получать специальное разрешение на устройство геотермальной установки с бурением скважины.

Совершенствование тепловых насосов повышает их спрос и предопределяет растущую популярность такого вида отопительных систем.

Какую тепловую установку для отопления дома выбрать

Выбор конструкции такой отопительной установки зависит, в первую очередь, от характера окружающего ландшафта. Если рядом с участком имеется незамерзающий водоем, логично использовать донные устройства.

Тепловые насосы устроены с использованием принципа Карно:

1. Теплоноситель, перемещаясь во внешнем контуре, прогревается от выбранного наружного источника тепла и попадает внутрь испарительной камеры.
2. Здесь он передает тепло хладагенту, в качестве которого применяется фреон.
3. Имеющий низкую температурную точку закипания фреон испаряется и в виде газа поступает в компрессор, где сжимается.
4. Газ в горячем состоянии, его температура составляет 35-65 градусов, поступает в теплообменник, где отдает энергию в систему отопления дома.
5. Остывший теплоноситель отправляется на очередной круг внутреннего контура и процесс повторяется.

Принимая решение о самостоятельном изготовлении такого агрегата, нужно понимать, что ряд узлов нужно будет изготовить своими руками. Чтобы не ошибиться при подборе мощности, нужно предварительно сделать теплотехнический расчет. Самостоятельно выполнить эту работу может только квалифицированный инженер-теплотехник, поэтому лучше доверить эту работу ему. Выбирать здесь не приходится.

Следует учитывать, что воспользоваться узлами бытового оборудования не удастся ввиду их недостаточной мощности. А вот сосуды и трубопроводы вполне доступны для самостоятельного изготовления.

Монтаж тепловой системы своими руками

Приобретя компрессор нужной мощности, можно приступать к изготовлению насоса для отопления в следующей последовательности:

1. Корпус конденсатора можно изготовить из любой емкости вместимостью порядка 100 литров. Его придется разрезать, чтобы разместить внутри змеевик теплообменника. Если принято решение устроить наружный теплообменник корпус теплообменника должен иметь толщину стенки не более одного миллиметра, поскольку эта сталь обладает низкой теплопроводностью. Наружный теплообменник навивается поверх корпуса конденсатора. Для уменьшения потерь тепла на бак с теплообменником нужно установить теплоизоляцию.
2. В качестве испарительной емкости можно использовать любой пластиковый сосуд емкостью порядка 80 литров. В нем таким же образом устраивается теплообменник и наружная теплоизоляция.
3. Для изготовления теплообменников лучше использовать медные трубки со стенкой толщиной до миллиметра. Медь имеет высокую теплопроводность, поэтому отбор тепла будет наиболее эффективным.
4. После сборки системы нужно залить в нее фреон. Количество хладагента определяется при производстве теплотехнического расчета.
5. Первую заливку фреона, а также работы по подключению и запуску системы лучше доверить специалисту по холодильным установкам.
6. Дальше остается подключить наружный контур системы отопления из полипропиленовых труб.

Разумеется, самостоятельно изготовленный тепловой насос для дома, обойдется намного дешевле покупной системы, принося в течение длительного времени тепловую энергию. Однако нужно объективно оценить свои способности и возможности, чтобы затраты и работы не были напрасными.