Тепловий насос: принцип роботи для опалення будинку

Сьогодні тема опалення так званого приватного сектору вкрай актуальна. Як показує практика, там не завжди є газопровід, тому люди змушені шукати альтернативні джерела тепла. Давайте в цій статті поговоримо про те, що таке грунтовий геотермальний тепловий насос або, як його називають у побуті - тепловий насос. Принцип роботи для даного агрегату відомий далеко не кожному, рівно як і його конструкція. З цими моментами ми і спробуємо розібратися.

Що потрібно знати?

Ви можете говорити про те, що раз теплові насоси такі ефективні, то чому так слабо поширені. Вся справа полягає у високій вартості обладнання і монтажу. Саме з цієї причини багато хто відмовляється від цього рішення і вибирають, скажімо, електричні або вугільні котли. Тим не менш відкидати даний варіант не варто з багатьох причин, про що ми обов'язково скажемо в даній статті. Теплові насоси після установки стають дуже економічними, так як використовують енергію грунту. Геотермальний насос - це 3 в 1. Він поєднує в собі не тільки опалювальний котел і систему ГВП, але і кондиціонер. Давайте ближче познайомимося з даним обладнанням і розглянемо всі його сильні і слабкі сторони.

Принцип дії агрегату

Принцип роботи теплового насоса для опалення полягає у використанні різниці потенціалів теплової енергії. Саме тому подібне обладнання може застосовуватися в будь-якому середовищі. Головне, щоб її температура була не менше 1 градуса за Цельсієм. Ми маємо теплоносій, який рухається по трубопроводу, де, власне, і нагрівається на 2-5 градусів. Після цього теплоносій надходить у теплообмінник (внутрішній контур), де віддає зібрану енергію. У цей час у зовнішньому контурі є холодоагент, який має низьку температуру кипіння. Відповідно, він перетворюється в газ. Вступаючи в компресор, газ стискається, в результаті чого його температура стає ще вище. Далі газ надходить на конденсатор, де втрачає своє тепло, віддаючи його системі опалення. Холодоагент набуває рідкий стан і надходить назад у зовнішній контур.

Коротко про види теплових насосів

Сьогодні відомо декілька популярних конструкцій геотермальних насосів. Але при будь-якому розкладі їх принцип дії можна порівнювати з роботою холодильної техніки. Саме тому незалежно від виду насос в літній час може бути використаний в якості кондиціонера. Так от, теплові насоси класифікуються за того, звідки вони можуть добувати тепло:

З грунту;

З водойми;

З повітря.

Перший вид найбільш кращий в холодних регіонах. Справа в тому, що температура повітря часто опускається до -20 і нижче (на прикладі РФ), а от глибина промерзання грунту зазвичай несуттєва. Що стосується водойм, то вони є не скрізь, та і використовувати їх не дуже доцільно. У будь-якому випадку, краще вибирати ґрунтовий тепловий насос для опалення будинку. Принцип роботи агрегату ми трохи розглянули, тому йдемо далі.

«Грунт-вода»: як краще розмістити?

Отримання тепла з грунту вважається найбільш доцільним і раціональним. Обумовлено це тим, що на глибині 5 метрів практично не відбувається температурних коливань. В якості теплоносія використовується спеціальна рідина. Її прийнято називати розсолом. Вона є повністю екологічно безпечною. Що стосується методу розміщення, тобто горизонтальний і вертикальний. Перший вид характерний тим, що пластикові труби, що представляють зовнішній контур, що укладаються на площі горизонтально. Це вельми проблематично, так як роботи по укладанню повинні проводитися на площі 25-50 квадратних метрів. У випадку з вертикальним розташуванням буряться вертикальні свердловини глибиною 50-150 метрів. Ніж глибше будуть покладені зонди, тим ефективніше буде працювати геотермальний тепловий насос. Принцип роботи ми вже розглянули, а зараз поговоримо ще про важливі деталі.

Тепловий насос «Вода-вода»: принцип роботи

Також не варто відразу відкидати можливість використання кінетичної енергії води. Справа в тому, що на великій глибині температура залишається досить високою і змінюється в невеликих діапазонах, якщо це взагалі відбувається. Ви можете піти декількома шляхами і використовувати:

Відкриті водойми, такі як річки і озера.

Ґрунтові води (свердловина, колодязь).

Стічні води пром.циклів (зворотне водопостачання).

З економічної і технічної точки зору найпростіше налагодити роботу грунтового насоса у відкритому водоймищі. При цьому істотних конструктивних відмінностей між насосами «грунт-вода» і «вода-вода» немає. В останньому випадку занурювані у відкриту водойму труби забезпечуються вантажем. Що стосується використання грунтових вод, то конструкція і монтаж більш складні. Необхідно виділити окрему свердловину для скидання води.

Принцип роботи теплового насоса «Повітря-вода»

Такий тип насосів вважається одним з найменш ефективних з цілого ряду причин. По-перше, в холодну пору року температура повітряних мас істотно знижується. В кінцевому підсумку це призводить до зменшення потужності насоса. Він може не справитися з опаленням великого будинку. По-друге, конструкція більш складна і менш надійна. Тим не менш витрати на монтаж і обслуговування істотно знижуються. Це обумовлено тим, що вам не потрібен водойму, колодязь, а також не потрібно копати траншеї під труби на дачній ділянці. Розміщується система на даху будівлі або в іншому відповідному місці. Варто зауважити, що подібна конструкція має один істотний плюс. Він полягає в можливості використання відпрацьованих газів, повітря, який покидає приміщення, повторно. Цим можна компенсувати недостатню потужність обладнання в зимовий період.

Насоси «повітря-повітря» і дещо ще

Подібні установки зустрічаються ще рідше, ніж «Повітря-вода», на що є цілий ряд причин. Як ви вже здогадалися, в нашому випадку в якості теплоносія використовується повітря, яке нагрівається від більш теплої повітряної маси з навколишнього середовища. Є велика кількість недоліків такої системи, починаючи від низької продуктивності і закінчуючи високою вартістю.Тепловий насос "повітря-повітря", принцип роботи якого ви знаєте, непоганий тільки в теплих регіонах. Тут є і сильні сторони. По-перше, дешевизна теплоносія. Швидше за все, ви не зіткнетеся з проблемою течі повітропроводу. По-друге, ефективність такого рішення дуже висока у весняно-осінній період. Взимку ж використовувати повітряний тепловий насос, принцип роботи якого ми розглянули, недоцільно.

Саморобний тепловий насос

Проведені дослідження показали, що термін окупності обладнання безпосередньо залежить від опалювальної площі. Якщо мова йде про будинок в 400 квадратних метрів, то це приблизно 2-25 року. А ось для тих, хто має житло площею трохи менше, цілком можна використовувати саморобні насоси. Може здатися, що зробити таке обладнання складно, але насправді це трохи не так. Досить закупити необхідні комплектуючі, і можна приступати до монтажу. Першим ділом купується компресор. Можна взяти такою, якою на кондиціонері. Монтують його аналогічним чином на стіну будівлі. Крім цього, потрібен конденсатор. Його можна спорудити самостійно або ж купити. Якщо піти першим методом, то знадобиться мідний змійовик завтовшки не менше 1мм, її поміщають в корпус. Це може бути відповідний за габаритами бак. Після монтажу бак зварюється, і робляться потрібні різьбові з'єднання.

Заключна частина робіт

При будь-якому розкладі на остаточній стадії вам потрібно буде найняти спеціаліста. Саме обізнана людина має здійснювати пайку мідних трубок, закачування фреону, а також перший запуск компресора. Після складання всієї конструкції її підключають до внутрішньої системи опалення. Зовнішній контур встановлюється в останню чергу, а його особливості залежать від типу використовуваного теплового насоса. Не варто випускати з уваги такий важливий момент, як заміна застарілої або пошкодженої проводки в будинку. Фахівці рекомендують встановлювати лічильник потужністю не менше 40 ампер, чого повинно бути цілком достатньо для експлуатації теплового насоса. Не зайвим буде відзначити, що в деяких випадках подібне обладнання не виправдовує очікування. Це обумовлено, зокрема, неточними термодинамічними розрахунками. Щоб не сталося так, що ви витратили купу грошей на опалення, а взимку довелося поставити вугільний котел, звертайтеся в перевірені організації з позитивними відгуками.

Безпека і екологічність насамперед

Опалення за допомогою описаних в даній статті насосів є одним з найбільш екологічних методів. Обумовлено це здебільшого скороченням викидів в атмосферу вуглекислого газу, а також заощадженням невідновлюваних енергоресурсів. До речі, у нашому випадку використовуються поновлювані ресурси, тому боятися, що тепло раптом закінчиться, не варто. Завдяки використанню речовини, киплячого при низьких температурах, з'явилася можливість реалізувати зворотний термодинамічний цикл і при менших витратах енергії отримувати достатню кількість тепла в будинок. Що стосується пожежної безпеки, то тут і так все зрозуміло. Немає ймовірності витоку газу або мазуту, вибуху, немає небезпечних місць для зберігання горючих матеріалів і багато іншого. В цьому плані теплові насоси дуже гарні.

Висновок

Тепер ви повністю обізнані з тим, що таке і яким може бути тепловий насос (принцип роботи). Своїми руками подібний агрегат зробити можна, а в деяких випадках навіть потрібно. У цьому випадку ви можете заощадити близько 30% коштів на купівлю обладнання. Але знову ж монтажними роботами бажано повинен займатися фахівець, це ж стосується і проведених розрахунків. Як не крути, сьогодні це досить дорогий вид опалення з великим терміном окупності. У більшості випадків куди простіше провести газ або топити вугіллям або дровами. Проте для великих заміських будинків це дуже перспективний вид опалення. Його говорити про економічності обладнання, то виходить, що на 1 кВт витраченої енергії ми отримуємо близько 5-7 кВт теплової. По охолодженню це 2-25 кВт на виході, що теж дуже навіть непогано. Варто відзначити ще і безшумність роботи насоса. Ось, в принципі, і все, що можна розповісти по даній темі.