Принцип работы и описание тепловых насосов для отопления дома

Сам тепловой насос представляет собой оригинальную станцию. Ее задача забирать энергию из окружающей среды. В дальнейшем подобная техника преобразует полученное тепло и может применять для обеспечения комфорта в доме. Иногда подобный насос работает как «климат контроль», он может дарить тепло или же охлаждать дом. Кроме того активно используется устройство для обеспечения горячей воды. Рассмотрим подробнее, что такое тепловой насос для отопления дома, цены, его виды и как он применяется.

Для кого разрабатываются геотермальные тепловые насосы.

Когда отопительная система еще находится в стадии проекта, не проблема настроить ее параметры для каждого теплового насоса.

Для кого разрабатываются геотермальные тепловые насосы.

Как правило, не существует препятствий для выполнения теплообменника, необходимого для получения тепла из грунта.

Необходимо знать, что тепло в грунте на глубине 1,5 м, поставляется почти исключительно из атмосферных осадков и солнечной энергии. Так что поверхность над теплообменником, по возможности, должна быть свободна и должна пропускать воду. Не допускается посадка на нем растений, корни которых могут в будущем повредить трубу.

Для кого разрабатываются геотермальные тепловые насосы.

Также нужно брать во внимание то, что действие теплового насоса приводит к снижению температуры почвы на несколько градусов, что нарушает вегетацию растений. В связи с этим монтаж грунтового теплового насоса на благоустроенной даче, часто слишком громоздок.

Принцип работы центробежного насоса для отопления дома

Распространены ситуации, когда отопительный котел уже практически кипит, но в дальних комнатах батареи все еще холодные. Чтобы повысить эффективность системы обогрева в таких условиях можно заменить трубы на большие по диаметру – это трудоемкое и дорогостоящее мероприятие.

Более удобным решением проблемы может стать может стать монтаж в уже работающую схему центробежного насоса. Использование оборудования поможет выровнять температурные показатели радиаторов во всех помещениях, нивелировать риск возникновения воздушных пробок, препятствующих нормальной циркуляции среды.

Центробежные помпы используются для обеспечения принудительной циркуляции теплоносителя в замкнутой отопительной системе. Конструктивными компонентами всех моделей являются стальной корпус и ротор. На вале мотора крепятся крыльчатки, осуществляющие выброс воды. Ключевое рабочее звено насоса – электродвигатель.

Насос, внедренный в отопительную схему, за счет центробежной силы производит забор воды с одной стороны и выброс в трубопровод – с другой. Агрегат создает напор, достаточный для преодоления гидравлического сопротивления всех рабочих элементов системы и трубопровода.

Принцип работы тепловых насосов

Схема работы теплового насоса

Принцип работы тепловых насосов

Для лучшего понимания работы теплового насоса можно рассмотреть его самый распространенный вариант применения – в обычных холодильниках. В принципе воздушные тепловые насосы для отопления немного отличаются от них. Разница заключается в получении тепловой энергии, а не холода.

Узнать, как работает тепловой насос для отопления дома можно после рассмотрения общей схемы функционирования. Для генерирования тепла в конструкции имеется внутренний контур, по которому протекает хладагент. Он соединяется с трубами отопления дома с помощью теплообменника. Получение тепла от внешнего источника происходит за счет дополнительного контура. Рассмотрим, как работает отопление при помощи теплового насоса:

Принцип работы тепловых насосов
  1. Хладагент находится в газообразном состоянии. Он получает тепловую энергию от внешнего контура. При этом достаточно, чтобы температура газа поднялась до +10°С.
  2. Повышение давления хладагента для перехода его в жидкое состояние. Для этого воздушные тепловые насосы для отопления дома в обязательном порядке имеют компрессор. При этом температура жидкости повышается до +65°С.
  3. С помощью теплообменника происходит передача тепла воде системе отопления в доме.
  4. Дроссельный клапан и капельник снижают давление и тем самым провоцируют обратный переход хладагента из жидкого состояния в газообразное для повторения процесса.

Эффективно ли отопление дома с помощью теплового насоса? Во многих случаях эту систему устанавливают в качестве дополнительной для снижения затрат на основное теплоснабжение. Одним и недостатков является невозможность сделать тепловые насосы для отопления дома своими руками с нормальным показателем КПД и надежностью. Для изготовления понадобится сделать сложные расчеты и правильно подобрать материалы. Можно провести аналогию с бытовыми холодильниками – практически никто не делает их самостоятельно, предпочитая надежные заводские модели.

Принцип работы тепловых насосов

Практически все отзывы о тепловых насосах для отопления дома указывают на прямую зависимость источника тепла от первичного контура на показатель КПД устройства.

Читайте также:  Газовое отопление дома от газгольдера и баллонов

Экономическое обоснование рентабельности установки теплового насоса

Что особо важно при замене котельного оборудования тепловыми насосами. //

Для оценки экономии электроэнергии при использовании теплового насоса можно осуществить приблизительный расчет отопления и годовых затрат в случае использования теплового насоса в качестве дополнительного источника энергии и для сравнения — в случае использования только электрического обогревателя или электрокотла. Программа расчета отопления отвечает на вопрос:

Сколько вы уплатите за отопление в год, если к электрическому обогревателю добавить тепловой насос ?

Условия расчёта отопления одинаковые со средним утеплением частного дома. За точным тепловым расчётом эффективности теплоизоляции вашего дома следует обратиться к менеджеру.

Для корректного отображения дробные значения вводим через точку.

Параметры дома:
Суммарная площадь отапливаемых помещений: м2
Вид электрического обогревателя: Калорифер Инфракрасный обогреватель Электрический котёл
Установленная мощность теплового насоса, кВт : неустановлен 2 4 6 7 8 11 6+6=12 6+7=13 14 7+8=15 16 11+6=17 11+7=18 11+8=19 14+6=20 14+7=21 14+8=22 16+7=23 16+8=24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135
Тариф на электроэнергию:
При месячном потреблении до 3000 кВт :

, грн/кВт

Теплый водяной пол

Схема отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией

Разумеется, перед установкой теплового насоса следует принять меры по тщательному утеплению постройки (окон, стен, крыши, потолка и пола) и продумать систему отопления дома. Практика показала, что для наиболее эффективной эксплуатации этого оборудования наилучшей является система водяного теплого пола. Следует учесть, что финишным покрытием теплого поля должен служить материал, хорошо проводящий тепло, например, кафель или линолеум. Также неплохо себя зарекомендовали и современные низкотемпературные батареи с повышенной теплоотдачей.

Типы тепловых насосов

Для отопления дома чаще всего используют один из трех типов тепловых насосов:

  • Геотермальный тепловой насос (тепловой насос «грунт-вода») извлекает тепловую энергию из грунта (земли) с помощью системы коллекторов, которые уложены в скважинах или распределены по участку. Данный тип оборудования наиболее эффективен, так как в любое время года на глубине 1,5-2 метра температура грунта не опускается ниже 5-8°С.
  • Воздушный тепловой насос (тепловой насос «воздух-воздух») извлекает тепло из воздуха, подогревает до необходимой температуры и транспортирует в дом. Установка не занимает много времени, но в холодные периоды такая система менее эффективна, чем грунтовые тепловые насосы.
  • Водяной тепловой насос (тепловой насос «вода-вода») использует тепло грунтовых вод для отопления помещений в доме. Также отмечается высокой эффективностью, но установка возможна в том случае, если имеется водоем возле участка.
Типы тепловых насосов

Геотермальный тепловой насос Heliotherm

Подбор теплового насоса для отопления дома следует доверять профессионалам с большим опытом работы. Иначе в работе системы отопления и горячего водоснабжения дома могут возникнуть сбои, которые повлекут за собой значительные затраты.

Калькулятор расчета необходимой мощности электрообогревателя – с подробными пояснениями

Электрический обогрев помещений всегда может прийти на помощь основной системе отопления, заменить ее в осенний или весенний период межсезонья, а в особых случаях – даже стать основным источником тепла в зимнюю пору. Все зависит от того, какой тепловой мощностью обладают приобретаемые электрические нагреватели.

Калькулятор расчета необходимой мощности электрообогревателя

Несмотря на широкое разнообразие современных электрических обогревательных приборов – конвекторов, тепловентиляторов, масляных радиаторов, инфракрасных излучателей и т.п., параметр мощности для любого из них является определяющим.

Именно он показывает тот эксплуатационный потенциал, который заложен производителем в это изделие. Значит, прежде чем отправляться в магазин за покупкой, необходимо четко представлять, с каким критерием оценки подходить к выбору той или иной модели.

Поможет в этом — калькулятор расчета необходимой мощности электрообогревателя.

Ниже будут даны некоторые необходимые разъяснения по порядку проведения расчетов.

Калькулятор расчета необходимой мощности электрообогревателя – с подробными пояснениями

Калькулятор расчета необходимой мощности электрообогревателя

Перейти к расчётам

Пояснения по проведению расчетов мощности обогревателя

Программа калькулятора основана на учете особенностей помещения, в котором предполагается использование электрического обогревателя.

  • Прежде всего необходимо определиться, какая миссия будет возлагаться на прибор – станет ли он лишь «подмогой» для отопления, или необходимо предусмотреть вариант, когда обогреватель должен будет справиться с функцией основного источника тепла.
  • Площадь помещения – исходная величина для проведения расчетов.
  • Внешние стены – чем их больше, тем выше общее количество тепловых потерь, требующих определенной компенсации.
  • Стены с северной и восточной сторон практически никогда не получают «солнечного заряда», в отличие от южных и юго-западных.
  • Стены, расположенные с наветренной стороны, охлаждаются значительно быстрее других – это учтено в алгоритме расчета.
  • При указании уровня температур не следует указывать рекордно низкие показатели – это должно быть значение, которое является обычным для региона проживания, в самую холодную декаду зимы. Тем самым калькулятор уже учтет имеющиеся климатические особенности.
  • Степень утепления стен. Если термоизоляционные работы проводились полноценно, на основании проведенных теплотехнических расчетов, то можно отнести стены к разряду качественно утепленных. Кирпичная стена, примерно в 400÷500 мм толщиной, и аналогичная ей, могут претендовать на среднюю степень утепленности. Стены вообще без утепления, по идее, рассматриваться и вовсе не должны, так как в таком помещении даже при непозволительно большом расходе электроэнергии, комфортного микроклимата все равно не добиться. Приобретение электрообогревателя в таких условиях становится бессмысленной затеей.
  • Высота потолков – влияет на общий объем помещения.
  • Следующие два окна ввода – это характер помещений, расположенных сверху и снизу рассматриваемой комнаты. Естественно, от их особенностей зависит количество теплопотерь через верхнее и нижнее перекрытие.
  • Далее – блок полей, касающихся окон в помещении. Необходимо, в первую очередь, указать тип окон – калькулятор учтет их теплосберегающие возможности. Далее, после указания количества и размеров окон, программа вычислит коэффициент остекления (относительно площади помещения) и сделает соответствующую корректировку в расчетах.
  • Наконец, в комнате может быть одна или даже несколько используемых дверей, выходящих на улицу или в неотапливаемые помещения. Естественно, что при каждом открывании такой двери в комнату поступает немалый объем охлаждённого воздуха, который потребует дополнительного расхода тепловой мощности.

Результат дается в ваттах и киловаттах. По этим параметрам уже можно будет оценивать приглянувшуюся в магазине модель электрообогревателя.

Популярные модели

Газовый абсорбционный котёл Robur

Тепловые насосы газовые: все модели

Цикл 2, сжатие

Именно этот компрессор и расходует всю необходимую для работы теплового насоса энергию, но по сравнению, к примеру, с отоплением от газового котла, эти затраты заметно ниже. К сравнению затрат мы вернемся позже.

Итак, нагретый до температуры 7-12°C газообразный хладагент из подземных труб в камере компрессора сильно сжимается, что приводит к его резкому нагреву. Чтобы понять это просто вспомните, как нагревается обычный велосипедный насос, когда вы накачиваете шины. Принцип тот же самый.

Хозяину на заметку

Популярные модели

«Тепловой насос — современное отопление. Но реальные значения эффективности теплонасосов зависят от температурных условий, т.е. в холодные дни их эффективность падает. Она составляет порядка 150% при температуре −20 °C, и порядка 300% при температуре источника +7 °C».

Цикл 3, конденсация

После цикла сжатия, мы получили горячий пар под высоким давлением, который подается уже во внутреннюю, «домашнюю» часть теплового насоса. Теперь этот газ может быть использован для системы воздушного отопления или для нагрева воды в системе водяного отопления и горячего водоснабжения. Также этот горячий пар может применяться с системой «теплый пол».

Отдавая тепло в систему отопления, горячий газ охлаждается, конденсируется и превращается в жидкость.

Цикл 4, расширение

Эта жидкость поступает в расширительный клапан, где ее давление понижается. Теперь жидкий хладагент низкого давления снова направляется в подземную часть для нагрева до температуры земли. И все циклы повторяются.

Советы по выбору производителя

Ни в коем случае не стоит сооружать столь сложную конструкцию самостоятельно, она обязательно должна быть изготовлена опытными компаниями, которые предлагают множество современных качественных моделей.

Насос российского производства

Тепловые насосы российского производства, которые уже имеют положительную репутацию:

  • NIBE Industrier.
  • Viessmann имеет 100.
  • «ФЛАЙ-ТЕК».
  • «Синтэк».
  • «Атмосистемы».

Многие производители предлагают не только приобретение и установку, но и дальнейшее обслуживание. Подобная система требует минимального ухода. Самое главное просто раз в год проверять работу всей системы.

Дополнительно периодически осуществляется промывка, чтобы избавиться от загрязнений. От пользователя нужно только сохранять всю документацию и вовремя обращаться к профессионалам.

Методика расчета мощности теплового насоса

Помимо определения оптимального источника энергии, потребуется высчитать необходимую для обогрева мощность теплонасоса. Зависит она от величины теплопотерь здания. Произведем расчет мощности теплового насоса для отопления дома на конкретном примере.

Для этого используем формулу Q=k*V*∆T, где

  • Q — это теплопотери (ккал/час). 1 кВт/ч = 860 ккал/ч;
  • V — объем дома в м3 (площадь умножаем на высоту потолков);
  • ∆Т – отношение минимальных температур снаружи и внутри помещения в самый холодный период года, °С. Из внутренней tº вычитаем наружную;
  • k — обобщенный коэффициент теплопередачи здания. Для кирпичного здания с кладкой в два слоя k=1; для хорошо утепленного здания k=0,6.

Таким образом, расчет мощности теплонасоса для отопления кирпичного дома в 100 кв.м и высотой потолков 2,5 м, при перепаде ttº от -30º на улице до +20º внутри, будет таковым:

Q = (100х2.5) х (20- (-30)) х 1 = 12500 ккал/час

12500/860= 14,53 кВт. То есть, для стандартного кирпичного дома площадью 100 м понадобится 14-килловатное устройство.

Выбор типа и мощности теплонасоса потребитель принимает, исходя из ряда условий:

Методика расчета мощности теплового насоса
  • географические особенности местности (близость водоемов, наличие грунтовых вод, свободного участка под коллектор);
  • особенности климата (температуры);
  • тип и внутренний объем помещения;
  • финансовые возможности.

Учитывая все вышеизложенные аспекты, вы сможете сделать оптимальный выбор оборудования. Для более эффективного и правильного подбора теплового насоса лучше обратиться к специалистам, они смогут сделать более подробные расчеты и предоставить экономическую целесообразность установки оборудования.

Давно и весьма успешно тепловые насосы используются в бытовых и промышленных холодильниках и кондиционерах.

Сегодня эти устройства стали применять и для выполнения функции противоположного характера – обогрева жилища в период холодов.

Давайте же посмотрим, как используются тепловые насосы для отопления частных домов и что нужно знать, чтобы правильно рассчитать все его компоненты.

Советы и рекомендации

Тепловой насос – оборудование технически сложное и достаточно дорогое, поэтому подходить к его выбору следует с большой ответственностью. Чтобы не быть голословными, приведем несколько вполне конкретным рекомендаций.

1. Никогда не приступайте к выбору теплового насоса без предварительного проведения расчетов и создания проекта. Отсутствие проекта может стать причиной фатальных ошибок, исправить которые можно будет лишь с помощью огромных дополнительных финансовых вложений.

2. Доверить проектирование, монтаж и сервисное обслуживание теплового насоса и системы отопления следует только профессионалам. Как убедиться в том, что в данной компании работают профессионалы? В первую очередь, по наличию всей необходимой документации, портфолио реализованных объектов, сертификатов от поставщиков оборудования. Очень желательно, чтобы весь комплекс необходимых услуг предоставляла одна компания, которая в данном случае будет нести полную ответственность за реализацию проекта.

3. Советуем вам отдать предпочтение тепловому насосу европейского производства. Пусть вас не смущает тот факт, что он дороже китайского или российского оборудования. При включении в смету стоимости работ по монтажу, запуску и отладке всей системы отопления разница в цене насосов будет практически незаметна. Но зато, имея в своем распоряжении «европейца», вы будете уверены в его надежности, поскольку высокая цена насоса – это лишь результат использования при его создании современных технологий и высококачественных материалов.

Принцип работы тепловых насосов

В любом ТН имеется рабочая среда, именуемая хладагентом. Обычно в этом качестве выступает фреон, реже – аммиак. Само устройство состоит всего из трех компонентов:

Испаритель и конденсатор – это два резервуара, имеющие вид длинных изогнутых трубок – змеевиков. Конденсатор одним концом присоединяется к выходному патрубку компрессора, а испаритель – ко входному. Концы змеевиков стыкуются и в месте соединения между ними устанавливается редукционный клапан. Испаритель контактирует – непосредственно или косвенно – со средой-источником, а конденсатор – с системой отопления или ГВС.

Принцип работы теплового насоса

Принцип работы тепловых насосов

Работа ТН основана на взаимозависимости объема, давления и температуры газа. Вот что происходит внутри агрегата:

  1. Аммиак, фреон или другой хладагент, двигаясь по испарителю, нагревается от среды-источника, допустим, до температуры +5 градусов.
  2. Пройдя испаритель, газ достигает компрессора, который перекачивает его в конденсатор.
  3. Нагнетаемый компрессором хладагент удерживается в конденсаторе редукционным клапаном, поэтому его давление здесь выше, чем в испарителе. Как известно, с ростом давления температура любого газа увеличивается. Именно это происходит с хладагентом – он разогревается до 60 – 70 градусов. Поскольку конденсатор омывается циркулирующим в системе отопления теплоносителем, последний также нагревается.
  4. Через редукционный клапан хладагент небольшими порциями сбрасывается в испаритель, где его давление снова падает. Газ расширяется и остывает, а поскольку часть внутренней энергии была потеряна им в результате теплообмена на предыдущем этапе, его температура опускается ниже изначальных +5 градусов. Следуя по испарителю, он снова нагревается, далее закачивается в конденсатор компрессором – и так по кругу. По-научному этот процесс называется циклом Карно.

Но ТН все-равно остается очень выгодным: за каждый потраченный кВт*ч электроэнергии удается получить от 3 до 5 кВт*ч тепла.