Тепловые насосы воздух-воздух для отопления дома

Виды насосов

Выше мы уже рассказали, на какие категории можно разделить ТН в зависимости от того, какие типы источников тепла используются. Остановимся на них подробнее.

Геотермальные системы

В качестве источника тепла у ТН используется запасенная тепловая энергия земли. Такие насосы считаются самыми эффективными, потому что температура грунта остается постоянной в течение всего года.

Эти системы подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Но для их применения требуется довольно большая площадь под горизонтальные трубы. Для вертикальных систем необходимо выполнить значительные земляные работы.

Геотермальные с открытым циклом

В качестве теплообменника у ТН используется вода из водоема. Она после использования в качестве теплообменной жидкости снова возвращается в водоем. Допускается при наличии достаточного объема чистой воды и разрешения экологического законодательства.

Насосы закрытого цикла с теплообменником

Установка теплового насоса является самым эффективным вариантом, но в то же время и самым затратным.

Замкнутый тип ТН делится дополнительно на:

1. Горизонтальные — самые эффективные при условии, что имеется доступ к большим по площади земельным участкам. Размещаются в траншеях, которые расположены ниже промерзания грунта.
2. Вертикальные — используются в тех случаях, когда нет достаточного по площади земельного участка. Используются скважины глубиной до 200 метров — в них монтируются теплообменники.

Системы воздух-воздух, вода-вода и воздух-вода

Тепловую энергию воздушный ТН берет из атмосферы. Для монтажа такая конструкция отличается простотой.

Положительные свойства:

• поставить оборудование так же легко, как подключить кондиционер или холодильник;
• для установки не нужен большой теплообменник;
• после подключения сразу готов к работе;
• установка требует минимального обслуживания;
• не нужно монтировать систему отопления;
• обладает низкой стоимостью;
• отсутствует бак-накопитель.

Но такой насос обладает и существенными отрицательными свойствами:

• большая зависимость степени потребления электроэнергии от температуры уличного воздуха;
• необходимость в резервном источнике тепла при сильных морозах;
• наружный блок в морозы может обмерзать.

Воздух-воздух

Воздушный насос по принципу работы напоминает тот, что применяется в кондиционере в режиме обогрева с единственным отличием: ТН настроен на отопление, а кондиционер — на снижение температуры в комнате.

Принцип действия установки воздух — воздух заключается в следующем. Воздух, даже при низких температурах, имеет некоторое количество энергии. Только при абсолютном нуле тепловая энергия отсутствует. Большинство ТН способны получать тепло при температуре -15 °С. В настоящее время некоторые производители выпускают станции, сохраняющие отбор тепла при -30 °С. Забор тепла происходит при помощи испарения фреона, который циркулирует по внутреннему контуру. Для этой цели используется испаритель, в котором хладагент преобразовывается из жидкого состояния в газообразное. При этом поглощается тепло.

Следующим блоком, который расположен в этой системе теплоснабжения, является компрессор, который фреон из газообразного состояния превращает в жидкое. При этом выделяется тепло. Эффективность установки воздух — воздух напрямую зависит от температуры окружающей среды. Чем она ниже, тем производительность станции уменьшается.

Вода-вода

При такой системе во внутреннем контуре циркулирует легко испаряющаяся жидкость, например, фреон. В качестве контура внутри помещения могут быть водяные трубы, регистры или батареи, заполненные водой.

В качестве внешнего контура может выступать любой водоем с достаточно большим количеством воды — река, озеро или пруд. В этом случае теплоноситель забирает тепло из внешнего контура и отдает его контуру внутри помещения.

Воздух-вода

ТН типа воздух — вода является наиболее универсальной моделью. Она весьма эффективна в теплое время года, но в холодное время производительность существенно падает.

Простой монтаж является преимуществом системы — подходящее оборудование монтируется в любом месте. Тепло, которое удаляется из помещения в виде газа либо дыма, может повторно использоваться.

Водяной ТН берет тепло из грунтовых вод, которые прокачиваются через испаритель. Подобный ТН отличается неплохой эффективностью и повышенной стабильностью: эффективность — это результат значительной теплоотдачи воды. Разумеется, для использования установки такого типа нужно, чтобы грунтовые воды на территории имелись в достаточном количестве. Желательно, чтобы вода находилась не глубже 30 метров.

Устройство и принцип работы теплового насоса

   Агрегат в комплексе с механизмами забора и распределения тепла является основной частью такой отопительной системы. Внутренняя схема насоса содержит в себе электрический компрессор, дроссельный клапан, испаритель и конденсатор.

   Разберем поэтапно, как функционируют тепловые насосы вода-вода.

1. Подающаяся в коллектор незамерзающая жидкость, поглощает тепловую энергию, направляя ее к насосу. Роль такой жидкости может играть гликолевая смесь, спиртовый или же соляной раствор.
2. На этапе испарителя тепловая энергия переходит на хладагент, тот вскипает, образуя пар.
3. Компрессор напрямую воздействует на повышение его давления, тем самым увеличивая температуру.
4. Тепловая энергия проходит через конденсатор и переходит к теплоносителю внутренней системы отопления. На этом этапе хладагент еще больше охлаждается с целью исключения остатков тепла и подается снова в коллектор, где начинает цикл заново.

   Если рассмотреть принцип работы холодильника наизнанку, мы увидим то, как устроена схема функционирования теплового насоса.

В сравнении с электрическими нагревательными котлами насосы на воду довольно экономичны в плане энергопотребления.

Как сделать агрегат своими руками?

Независимо от того, какой вариант ресурса (земля, вода или воздух) выбран для отопления, для корректного функционирования системы понадобится насос.

Это устройство состоит из таких элементов, как:

• компрессорный узел (промежуточный элемент комплекса);
• испаритель, передающий низкопотенциальную энергию теплоносителю;
• дроссельный клапан, через который хладагент находит обратную дорогу в испаритель;
• конденсатор, где фреон отдает тепловую энергию и охлаждается до изначальной температуры.

Можно приобрести целостную систему у производителя, но это обойдется в приличную сумму. Когда свободных денег под рукой нет, стоит сделать теплонасос своими руками из имеющихся в распоряжении деталей и в случае надобности докупить недостающие запчасти.

Планируя установку в частном доме геотермальной отопительной системы, в первую очередь нужно позаботиться о снижении уровня теплопотери. Для этого стены необходимо утеплить специальным материалом, двери и оконные рамы снабдить поролоновыми прокладками, а пол и потолок защитить пенопластовыми панелями. Тогда выделенное насосом тепло в максимально объеме останется внутри помещения

Когда решение о собственноручном изготовлении теплового насоса принято, нужно обязательно проверить состояние имеющихся в доме электрической проводки и электросчетчика.

Если эти элементы изношенные и старые, необходимо просмотреть все участки, обнаружить возможные неисправности и устранить их еще до начала работ. Тогда система сразу после запуска будет безупречно работать и не побеспокоит хозяев короткими замыканиями, возгоранием проводки и выбиванием пробок.

Способ #1. Сборка из холодильника

Для сборки теплонасоса своими руками со старого холодильника снимают размещенный сзади змеевик. Эту деталь используют как конденсатор и помещают в высокопрочную емкость, устойчивую к агрессивным температурам. На нее крепят исправно работающий компрессор, а в качестве испарителя используют простую пластиковую бочку.

Если для создания насоса используется очень старый холодильник, лучше заменить в нем фреон на новый. Самостоятельно это сделать не получится, поэтому придется пригласить мастера со специальным оборудованием. Он быстро заменит рабочую жидкость, и система заработает в нужном режиме

Подготовленные элементы соединяют между собой, а потом созданный агрегат посредством полимерных труб подключают к отопительной системе и приступают к эксплуатации оборудования.

Способ #2. Теплонасос из кондиционера

Для того чтобы сделать теплонасос, кондиционер модифицируют и проводят перепланировку некоторых основных узлов. Сначала наружный и внутренний блоки меняют местами.

Испаритель, отвечающий за передачу низкопотенциального тепла, дополнительно не ставят, так как он имеется во внутреннем блоке агрегата, а передающий тепловую энергию конденсатор стоит во внешнем блоке. В качестве теплоносителя подходят как воздух, так и вода.

Если этот вариант монтажа не удобен, конденсатор устанавливают в отдельный резервуар, предназначенный для корректного теплообмена между греющим ресурсом и теплоносителем.

Саму систему снабжают четырехходовым клапаном. Для этой работы обычно приглашают специалиста, имеющего профессиональные навыки и опыт проведения мероприятий такого рода.

Современные сплит системы малоэффективны при низких температурах, поэтому профессионалы не рекомендуют использовать их для самостоятельного изготовления теплонасосов

В третьем варианте кондиционер полностью разбирают на составные детали, а потом из них комплектуют насос по традиционной общепринятой схеме: испаритель, компрессор, конденсатор. Готовый прибор присоединяют к обогревающему дом оборудованию и приступают к использованию.

На сайте есть серия статей по изготовлению тепловых насосов своими руками, советуем ознакомиться:

1. Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками: принцип работы и схемы сборки
2. Как сделать тепловой насос воздух-вода: схемы устройства и самостоятельная сборка

Распределение тепла по комнатам

В каждое помещение нужно свое количество тепла. Например, в угловые комнаты его всегда требуется больше, потому что у них две холодные стены. Задачу распределения мы решили при помощи задвижек.

В остальных местах подача регулируется клапанами на решетках. Они стоят не только в потолке, но и в полу

Для равномерного прогрева и комфорта это очень важно — все знают о том, что теплый воздух поднимается вверх. Аналогично устроен и забор воздуха для отвода из помещений — он производится и от потолка, и от пола

О том, как отводится воздух из санузлов, уже упоминалось: на улицу через рекуператор, поэтому распространения запахов по дому не происходит.

Источники низкопотенциальной энергии

К источникам низкопотенциальной энергии относят грунт, воду и воздух. Эти ресурсы возобновляемы, не расходуются в процессе работы насоса, поэтому неисчерпаемы. Их используют для отопления жилых зданий, обогрева пешеходных дорожек и стадионов, обеспечения горячего водоснабжения.

Использование природных водоёмов

• В северных регионах – 3 метра;
• В южных регионах – 1 метр.

Для эффективного использования ресурса водоём должен находиться на расстоянии не более пятидесяти метров от объекта, который нужно отапливать. Если расстояние больше, то возникают дополнительные затраты. На установку трубопровода уйдёт больше материала, да и работы по выкапыванию траншей тоже прибавится. И это при условии, что дом от водоёма отделяет только неиспользуемая земля. А вот если озеро находится непосредственно у жилища, то использовать его выгодно. Прокладка трубопровода в воде не является слишком трудоёмкой и затратной.

Обустройство тепловой системы с использованием водоёма, находящегося рядом с домом

Перед установкой теплового насоса берут пробу воды из водоёма для исследования её в лаборатории. Необходимо определить:

1. Жёсткость воды и содержание отдельных микроэлементов. Опираясь на данные показатели, выбирают модель оборудования. Если тепловой насос подобрать неправильно, то оборудование быстро выйдет из строя из-за коррозии.
2. Степень загрязнения воды. Для успешного функционирования системы устанавливают фильтры. При высокой степени загрязнения стоит подсчитать экономическую выгоду, так как система очистки будет стоить дорого.

Энергия грунтов

Земля обладает способностью накапливать солнечное тепло, а также получать энергию от земного ядра. Фактически грунт является неиссякаемым источником тепла. Тепловой насос типа грунт – вода и грунт – воздух нормально функционирует при температуре земли от +5 до +10° С. Чем ниже температура грунта, тем более мощное оборудование нужно использовать. Конструкция теплообменного контура может быть горизонтальной или вертикальной. Площадь, которую он занимает, также напрямую зависит от температуры земли. Ветви трубопровода укладывают на расстоянии одного (максимум 1,5) метров друг от друга.

Схема проведения тепловой системы в грунте в помощь умельцам

Для использования данного источника тепла нужно выделить большую площадь. Эта территория не пригодна для посадки растений, так как они будут вымерзать. Трудности представляют монтаж системы и поиск специалиста, который справится с работой.

При вертикальном расположении системы для обогревания дома в 200 м² потребуется пробурить примерно десять скважин глубиной 30 м (при средних показателях теплоотдачи) и диаметром 15 см. Для горизонтальной установки при тех же исходных данных придётся уложить около 500 метров трубопровода.

Трудности монтажа и материальные затраты компенсируются:

• Сроком эксплуатации теплонасоса, который составляет 50 – 70 лет;
• Экономией денежных средств на оплату газового отопления.

Тепло из скважин

Грунтовую воду из скважины для обогрева жилья используют редко из-за сложности монтажа. Система должна состоять из двух скважин. Из одной отбирается вода для получения тепла. Во вторую сбрасывается пропущенная через систему отопления жидкость. Расстояние между скважинами должно быть не менее 15 метров.

Перед установкой теплонасоса определяют направление течения грунтовых вод. Сливая скважина должна располагаться ниже по течению. Кроме того, необходимо обеспечить фильтрацию воды от механических и химических примесей.

Тепловая энергия воздуха

Тепловой насос, использующий энергию воздуха, наиболее прост по конструкции. Трубопровод не требуется, так как воздух поступает к испарителю прямо из окружающей среды. Тепло передаётся хладагенту и далее теплоносителю в помещение. Теплоносителями могут быть воздух (через вентилятор доводчика) и вода (в радиаторах отопления и тёплом полу).

Теплонасос типа воздух – воздух работает по принципу кондиционера с некоторыми отличиями:

• Система функционирует при отрицательной температуре;
• Тепловой насос может быть единственным источником тепла в доме;
• Экономичность в сравнении со стандартными кондиционерами, которые работают не только на охлаждение, но и на обогрев.

Конструкцию теплонасоса, использующего энергию воздуха, воплотить в жизнь совсем несложно

Рекомендуемые товары

Кроме европейских, распространены комплексы из Китая и других стран Юго-Восточной Азии. Они дешевле, обладают достаточно высокими показателями, но по общему уровню несколько отстают от европейских образцов. Единственным преимуществом у них является цена, хотя расходы на подобное оборудование в любом случае весьма высоки. Если учесть, что установкой теплового насоса дело не ограничивается, надо подгонять под возможности комплекса всю систему отопления, то расходы становятся соотносимыми со стоимостью постройки дома.

В условиях России оптимальным выбором является приобретение бивалентных систем, позволяющих при возникновении сложных условий переключаться на другие источники тепла.

Тепловой насос воздух вода: схемы, устройство и сооружение своими руками

В связи с регулярным повышением стоимости теплоносителей востребованными становятся альтернативные методы отопления. К примеру, практичный тепловой насос воздух-вода, использующий для обогрева энергию воздуха. Установка не требует дорогостоящих расходных материалов, удобна в эксплуатации, безопасна.

В связи с немалой ценой заводской сборки агрегата у многих возникает интерес к самостоятельному сооружению этой системы. Мы расскажем, что потребуется домашнему мастеру для устройства самодельного теплового насоса. У нас вы узнаете, какими техническими средствами следует запастись.

Виды тепловых насосов

Существуют два вида установок. В одном тепловая энергия атмосферного воздуха передается для нагрева жидкого теплоносителя в системе отопления и горячей воды для хозяйственных нужд. В другом случае нагревается непосредственно воздух внутри помещения, без возможности нагрева горячей воды, это принцип называется воздух-воздух.

Кроме атмосферных существуют геотермальные и гидротермальные тепловые насосы. В их работе тепло отбирается из пробуренной скважины или водоема. Однако дополнительные расходы, связанные с бурением, защитой от коррозии, обеспечением электробезопасности и заиливанием, существенно усложняют монтаж и увеличивают сумму капитальных затрат.

Системы тепловых насосов воздух-вода являются самым оптимальным вариантом по надежности, уровню комфорта и стоимости. При этом имеют большой эксплуатационный срок.

Выводы и полезное видео по теме

С принципом действия и устройством теплового насоса, перерабатывающего энергию ветра, ознакомит следующий ролик:

  Порядок проведения контрольной опрессовки газопроводов

Самодельный тепловой насос системы воздух-вода является одним из эффективных и недорогих устройств для дополнительного обогрева жилья. Изготовить и установить эту систему сможет любой желающий.

Пишите, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке. Возможно, у вас есть интересные сведения и фото по теме статьи? Задавайте вопросы, делитесь собственным мнением и полезными для посетителей сайта советами.

Принцип работы насоса воздух-вода

Как уже было сказано, основным источником тепловой энергии для установок этого типа является атмосферный воздух.

В принципиальной основе работы воздушных насосов лежит физическое свойство жидкостей к поглощению и отдаче тепла во время фазового перехода из жидкого состояния в газообразное, и обратно.

В результате смены состояния выделяется температура. Система работает по принципу холодильника наоборот.

Для эффективного использования этих свойств жидкости легкокипящий хладагент (фреон, хладон) циркулирует по замкнутому контуру в конструкцию которого входят:

• компрессор с электроприводом;
• обдуваемый вентилятором испаритель;
• дроссельный (расширительный) клапан;
• пластинчатый теплообменник;
• медные или металлопластиковые циркуляционные трубки, соединяющие основные элементы схемы.

Движение хладагента по контуру осуществляется благодаря давлению, развиваемому компрессором. Для снижения тепловых потерь трубы покрываются теплоизоляционным слоем из искусственного каучука или вспененного полиэтилена с защитным металлизированным покрытием. В качестве хладагента используют хладон или фреон, способный закипать при отрицательной температуре и не замерзающий до -40°C.

Весь процесс работы состоит из следующих последовательных циклов:

1. В радиаторе испарителя находится жидкий хладагент, температура которого ниже, чем у наружного воздуха. Во время активного обдува радиатора тепловая энергия от низко потенциального воздуха передается хладону, который закипает и переходит в газообразное состояние. При этом его температура повышается.
2. Подогретый газ поступает в компрессор, где в процессе сжатия еще более нагревается.
3. В сжатом и разогретом состоянии пары хладагента подаются в пластинчатый теплообменник, где по второму контуру циркулирует теплоноситель системы отопления. Поскольку температура теплоносителя значительно ниже, чем у разогретого газа, фреон активно конденсируется на пластинах теплообменника, отдавая тепло в систему отопления.
4. Охлажденная парожидкостная смесь поступает на дроссельный клапан, который пропускает к испарителю только охлажденный жидкий хладагент с низким давлением. После чего весь цикл повторяется.

Для увеличения эффективности теплоотдачи трубки на испарителя навито спиральное оребрение. Расчет системы отопления, выбор циркуляционных насосов и другого оборудования должен учитывать гидравлическое сопротивление и коэффициент теплопередачи пластинчатого теплообменника установки.

КПД и принцип работы теплового насоса

КПД теплового насоса для отопления всегда будет более 1. Для геотермальных систем более корректным является коэффициент преобразования тепла. Если он равен 4, то это означает, что при мощности 1 кВт, тепловой насос на выходе обеспечивает 4 кВт энергии, из которых 3 кВт дала земля.

Принцип, лежащий в основе работы теплового насоса для отопления дома, был разработан в начале XIX в. инженером Сади Карно и был назван циклом Карно. На этом основана работа обычного бытового холодильника, в котором продукты охлаждаются за счет того, что рассеянное тепло отводится через радиатор наружу. Но применять для отопления домов, когда все происходит с точностью до наоборот, т. е. работа теплового насоса основана на принципе обратного цикла Карно, его стали недавно.

Тепловой насос для отопления дома редставляет собой устройство, в котором происходит преобразование низкотемпературного в высокотемпературное тепло, которое и идет на обогрев. Источником тепла выступают земля, вода и воздух (первый из них распространен шире всего, поскольку он эффективен (хотя имеет значение уровень теплоизоляции дома, способ, который применяют для обогрева дома, и др.) и отличается оптимальным соотношением цены и потребительских качеств).

Для работы теплового насоса, предназначенного для отопления дома, требуется электричество, но при затратах в 1 кВт электроэнергии отдача составляет 4–6 кВт тепловой энергии.

Дополнительно к обогреву дома летом, тепловой насос может работать как кондиционер, для чего достаточно, чтобы система была способна на реверсивный режим работы. Тепловые насосы классифицируются на несколько типов:

• «земля – вода»;
• «земля – воздух»;
• «вода – вода»;
• «вода – воздух»
• «воздух – вода»;
• «воздух – воздух».

Далее подробно рассказывается о том, как работают разные типы тепловых насосов для отопления дома.

Отопление с помощью теплового насоса «земля-воздух»

Тепловой насос типа «земля-воздух» (этот тип разработан в наибольшей степени) обогревает дом посредством водяного отопления, используя тепловую энергию земли. Она отдает тепло независимо от погоды, тем более что на глубине 10 м температура в течение года практически не меняется. Взятая у земли энергия собирается теплоносителем (в этой роли выступает антифриз (раствор этиленгликоля или этиловый спирт), другое название – «рассол»).

Стекая по теплообменнику вниз, рассол за счет тепла грунта повышает свою температуру на 3–4 °C и сообщает тепло фреону, который циркулирует во внутреннем контуре теплового насоса и, перемещаясь по каналам испарителя, закипает, переходит в газообразное состояние – пар, который, в свою очередь, попадает в компрессор, сжимается, что сопровождается повышением его температуры, и в таком виде (горячим и сжатым) поступает в теплообменник и охлаждается, отдав тепло воде. Последняя направляется в отопительную систему и используется для горячего водоснабжения.

Фреон, ставший после охлаждения жидким, стекает на дно конденсатора, а из него благодаря перепаду давлений через дроссель опять поступает в испаритель, где цикл возобновляется. Все сказанное иллюстрирует.

В следующем разделе статьи вы узнаете о принципе работы теплового насоса типа «земля-вода» для отопления частного дома.