Какой принцип действия имеют тепловые насосы, предназначенные для отопления дома?

Тепловой насос берёт энергию из скважин

В данной статье подробно расскажем об экологичном, безопасном и эффективном устройстве для отопления дома — тепловом насосе, рассмотрим его виды и принцип действия.

Принцип работы

Все, что нас окружает и имеет температуру выше нуля, обладает тепловой энергией, которую можно использовать для отопления. Принцип работы теплонасоса состоит в том, что это устройство забирает тепло из окружающего мира и позволяет использовать его для обогрева помещений или систем водоснабжения.

Например, при использовании геотермального насоса нужна вода, в которую он погружается или закапывается на определенную глубину в землю. Поскольку вода и земля не могут так сильно промерзнуть, устройство будет качать тепло даже при морозной температуре. Чтобы собирать тепло для отопления, используется принцип работы холодильника — незамерзающая жидкость, которая проведена от насоса к системе отопления или водонагрева.

Теплонасос действует сродни холодильнику – он тоже отбирает тепло у окружающей его среды. Разница в том, что теплонасос устроен так, чтобы собирать и передавать тепло в обозначенное место по трубам. После отдачи собранного тепла жидкость возвращается снова к камере, и круг начинается снова.

Эта система отопления основана на том, что у каждого предмета есть тепловая энергия – даже холодный воздух и замерзшая вода имеют тепло внутри, каким бы удивительным это ни казалось. Не содержит тепла только предмет при температуре абсолютного нуля ( -273 °С).

В нашей стране чаще всего для сбора тепловой энергии используется земля или вода, если здание расположено недалеко от водоема.

Теплонасосы способны действовать и в обратном направлении – отбирая тепло из помещения и сбрасывая его обратно. Таким образом, нагревается земля и вода, а помещение охлаждается, а теплонасос можно использовать и как систему кондиционирования. Соответственно, насос можно использовать для множества функций: обогрева и охлаждения воды, отопления помещений, крыш и дорожек и т.д.

Виды

Существует несколько разных видов насосов, которых отличает принцип теплообмена:

С открытым циклом

Тепловой насос с открытым цикломС его помощью забирается вода из подземного источника, проходит полный цикл и возвращается обратно в водоем на определенном расстоянии от места сбора. У этого способа существует ряд сложностей – в первую очередь, не под каждым домом на доступной глубине можно найти подземный источник. К тому же установка теплонасоса на большой глубине под землей требует больших расходов и высокого уровня профессионализма того, кто это делает.

Плюсом будет возможность использовать воду из источника для использования отопления в помещении и стабильная температура воды – то есть система будет одинаково эффективна и летом, и зимой. Этот способ действия никак не влияет на природный баланс воды, т.к. вода после обогрева или охлаждения дома возвращается обратно и восполняет потерю.

С закрытым циклом

Тепловой насос с закрытым цикломВ таких насосах жидкость, которая собирает тепло, проходит через открытый водоем, который в идеале должен находить на расстоянии менее 100 метров от дома. Из плюсов можно выделить сравнительно невысокую цену такой системы.

Насос закрытого цикла с вертикальным теплообменником

Устройство теплового насосаЭтот тип насосов используют для погружения в землю на определенную глубину (в среднем от 50 до 150 метров). Глубина зависит от влажности и перепада температур каждый сезон, от которых зависит температура земли. Подбирается такой уровень грунта, который будет сохранять стабильную температуру вне зависимости от сезона.

В этой системе трубки, заполненные жидкостью для сбора тепла, расположены вертикально в земле, и чем больше глубина, тем теплее будет почва. Это самый выгодный способ экономии энергии и обогрева дома – на 1 кВт затраченной энергии вы получите 5 кВт для использования в своих нуждах. Но этот же способ имеет самые высокие цены для установки.

Воздушный

Тепловой насос воздушныйСуществует еще одна разновидность теплонасосов – воздушные. Они действую как кондиционеры, только наоборот – отбирая тепло у внешнего мира (воздуха, воды, земли) и конденсируя его внутри дома. Однако в условиях отечественной погоды не следует полагаться на их эффективность – это устройство имеет смысл устанавливать только в относительно теплых странах, где морозы – большая редкость. Это связано с тем, что при падении температуры воздуха до +5 °С на теплообменнике снаружи замерзает конденсат, что выводит из строя всю систему.

Мощность

Мощность насоса рассчитывается индивидуально для каждой установки. Она зависит от внешних условий, сезонных перепадов температур воздуха, состава воды и прочего.

Первое, что необходимо сделать перед установкой подобной системы – это уменьшить потери тепла вашего дома. Это означает, что необходимо тщательно проверить и загерметизировать все щели в крыше, утеплить окна и пол, а в идеале – и стены тоже. Зачем это нужно?

    Для сравнения:

  • старые дома потребляют около 75 Вт/кв.м тепла;
  • более новые и утепленные – 50 Вт/кв.м;
  • хорошо защищенные от утечки тепла с помощью последних технологий – всего 30 Вт/кв.м.

Установка

Проект работы необходимо рассчитывать, в идеале, еще до возведения здания, чтобы иметь возможность создать идеальный тандем удобного помещения и эффективной системы обогрева.

Самый лучший и выгодный вариант установки теплового насоса для обогрева – это подведение его к системе теплого пола, которую можно использовать также и для стен. Однако это потребует дополнительных усилий по проектированию дома и расчетам оптимальной температуры обогрева.

Для тех, кто неравнодушен к экологии, важно будет знать, что теплонасосы, в отличие от многих других способов отопления, в процессе работы не выбрасывают в воздух массу вредных веществ, не истощают природные ресурсы и не нарушают природный баланс.

Кроме того, тепловые насосы куда безопаснее, чем котлы, которые используют природный газ или любое другое топливо. Система устроена таким образом, чтобы любой ее перегрев и сбой работы, способный устроить пожар или вывести ее из строя, невозможен благодаря тщательной системе защиты. Главное – это правильная, профессиональная изоляция проводов во избежание короткого замыкания.

Устройство

Рассмотрим подробнее устройство и принцип работы теплового насоса.

    Основными его узлами являются:

  • внутренний и наружный теплообменник (конденсатор и испаритель соответственно)
  • компрессор
  • расширительный вентиль

Схема работы теплового насоса

Как это работает?

Компрессор сжимает поступивший в него хладагент, превращая его из пара в жидкость при температуре 85 градусов. После этого хладагент отправляется в конденсатор, где отдает набранное тепло воде или воздуху (в зависимости от типа теплонасоса). После этого хладагент охлаждается и снова превращается в жидкость. После вентиль понижает давление в хладагенте, после чего падает температура, а хладагент поступает для работы дальше – в теплообменник за пределами помещения. Там он переходит в газообразное состояние и снова начинает процесс отбирания тепла у окружающего мира.

Поделиться:
Рекомендуем почитать
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.