Разновидности и характеристики тепловых грунтовых насосов: виды и назначение

Тепловые насосы для дома: особенности технологии, сфера применения и стоимость оборудования

Тепловые насосы успешно используются в быту и промышленности в Европе и США уже более 25 лет. Их особенность состоит в преобразовании так называемого низкопотенциального тепла окружающей среды: земли, воды, воздуха. На российском рынке эта экологичная технология получила распространение сравнительно недавно.

Экспериментальные поселки, которые отапливались при помощи тепловых насосов, существовали еще в Советском Союзе. То, что было смелым экспериментом в двадцатом веке, в двадцать первом – вошло в практику.

Устройство и принцип работы бытового теплонасоса

Тепловой насос – это система, с помощью которой можно переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, увеличивая температуру последнего. Тепловые насосы являются альтернативными источниками энергии, позволяющими получать дешевое тепло без вреда для окружающей среды.

Принцип работы бытового теплонасоса основан на том факте, что любое тело с температурой выше абсолютного нуля обладает запасом тепловой энергии. Этот запас прямо пропорционален массе и удельной теплоемкости тела. Если в этом контексте обратить внимание, например, на моря, океаны, подземные воды, обладающие огромной массой, можно прийти к выводу, что их грандиозные запасы тепловой энергии можно частично использовать для отопления домов без ущерба мировой экологической обстановке. «Взять» тепловую энергию какого-либо тела можно, если охладить его. Грубый расчет выделяемого при этом тепла возможен по формуле: Q = C*M*(T2 − T1), где Q − полученное тепло, C − теплоемкость, M – масса, T1 − T2 − температура, на которую было произведено охлаждение тела. Формула показывает, что при росте массы теплоносителя разница температур может быть небольшой. Например, охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0 o С, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 o С.

Типы тепловых насосов

По виду передачи энергии тепловые насосы бывают двух типов:

  • Компрессионные. Основные элементы установки – это компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Используется цикл сжимания-расширения теплоносителя с выделением тепла. Этот тип тепловых насосов прост, высокоэффективен и наиболее популярен.
  • Абсорбционные. Это теплонасосы нового поколения, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон. Применение абсорбента повышает эффективность работы теплового насоса.

По источнику тепла выделяют тепловые насосы:

  • Геотермальные. Тепловая энергия берется из грунта или воды.
  • Воздушные. Тепло извлекается из атмосферы.
  • Использующие вторичное тепло. В качестве источника тепла используются воздух, вода, канализационные стоки.

По виду теплоносителя входного/выходного контура:

  • Тепловые насосы «воздух-воздух». Этот вид тепловых насосов забирает тепло у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, и отдает его в отапливаемое помещение.
  • Тепловые насосы «вода-вода». Используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для отопления и горячего водоснабжения.
  • Тепловые насосы «вода-воздух». Используются зонды или скважины для воды и воздушная система отопления.
  • Тепловые насосы «воздух-вода». Атмосферное тепло используется для водяного отопления.
  • Тепловые насосы «грунт-вода». Трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта.
  • Тепловые насосы «лед-вода». Для нагревания воды в системе отопления и горячего водоснабжения используется тепловая энергия, которая высвобождается при получении льда. Замораживание 100-200 л воды способно обеспечить обогрев среднего дома в течение часа.

Расчет эффективности тепловых насосов для отопления

Для того чтобы тепловой насос был эффективным, он должен давать тепловой энергии больше, чем потреблять электрической. Это соотношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может меняться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Чем холоднее снаружи, тем менее эффективна система. Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может варьироваться от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса требуется дополнительный параметр годовой эффективности.

Эффективность конкретного теплового насоса будет зависеть от множества факторов, и ее расчет достаточно сложен. Дать обобщенную формулу, которая бы работала всегда, практически невозможно. Поэтому каждый конкретный случай требует обращения к экспертам, которые в зависимости от поставленной задачи и ее условий подберут необходимый тип теплового насоса и объем хладагента.

Сферы применения и степень распространения

Тепловые насосы востребованы прежде всего в случаях, когда другие способы организации системы отопления обходятся значительно дороже. Растущая распространенность тепловых насосов на производстве и в быту связана со следующими их преимуществами:

  • Экономичность . Для передачи в отопительную систему 1 кВт•ч тепловой энергии, установке требуется в среднем затратить всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
  • Простота эксплуатации.
  • Упрощение требований к системам вентиляции помещений, повышение уровня пожарной безопасности.
  • Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования.
  • Компактность и бесшумность , что делает тепловой насос привлекательным для отопления частного дома.

По данным Европейской ассоциации тепловых насосов, до недавнего времени европейский рынок этого оборудования был в основном сосредоточен во Франции. В последние несколько лет рынки стали расширяться в Германии, Великобритании и Восточной Европе. По оценке Мирового энергетического комитета, уже в ближайшие пять лет доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов будет составлять в развитых странах не менее 75%.

Читайте также:
Решетки на окна, изготовление и монтаж, пример расчёта цены

Общий недостаток тепловых насосов – не очень высокая температура нагреваемой воды. Как правило, она составляет 50-60 o С.

Это интересно!

Впервые в Москве теплонасосная система горячего водоснабжения для многоэтажного дома была сдана в эксплуатацию в микрорайоне Никулино-2 в 2002 г. Проект был реализован при участии Министерства обороны РФ.

Стоимость оборудования

Традиционное решение для частных домов и коттеджей – газовое отопление. Однако вариант теплового насоса значительно выгоднее и удобнее. Чтобы установить газовый котел, требуются специальный дымоход, вентиляция, а также целый набор разрешительных документов. Применение тепловых насосов избавит вас от этих проблем и существенно сэкономит ваши средства. Чтобы провести газ в Подмосковье, потребуется около $20 000, и это в том случае, если ваш дом удален от газопровода менее, чем на 1 км, – иначе затраты вырастут в несколько раз! Помимо этого, придется учесть скорость работы отечественных газовщиков. Установка теплового насоса «под ключ» стоит от $15 000, а работы занимают всего 2-3 недели.

Из всего вышесказанного можно сделать однозначный вывод: использование тепловых насосов – это эффективное, простое в монтаже, экологичное и экономичное решение для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме.

Виды и принцип работы тепловых насосов для отопления дома

Научившись качать из недр земли газ и сжигать его, человечество получило две серьезные проблемы. Глобальное потепление и отравление среды обитания – слишком высокая цена комфорта. К тому же сырьевое топливо – ресурс ограниченный, запасы которого быстро истощаются. Эти факторы вызвали активный интерес к тепловым насосам – установкам, добывающим чистую энергию из земли, воды и воздуха. Без прожорливых котельных и вредных выбросов они обеспечивают жилище теплом и горячей водой.

На Западе тепловой насос для отопления дома стал таким же привычным, как кондиционер или стиральная машина. У нас этот агрегат пока еще не знаком большинству владельцев частных усадеб и дач. Познакомиться с принципом его работы, существующими разновидностями, достоинствами и недостатками вам поможет эта статья.

Как работает тепловой насос?

Самый простой пример, доступно поясняющий принцип действия тепловых насосов, – бытовой холодильник. Все мы знаем, что в его морозильной камере происходит охлаждение продуктов за счет циркуляции хладагента. Забирая внутреннее тепло, холодильник выбрасывает его наружу. Поэтому в морозильном отделении царит холод, а задняя решетка у аппарата всегда горячая.

Принцип работы теплового насоса зеркально противоположный. Забирая тепло из окружающей среды, он переносит его в дом. Образно говоря, «морозильная камера» у этого устройства находится на улице, а горячая решетка – в доме.

В зависимости от вида источника внешнего тепла и среды, собирающей энергию, тепловые насосы делятся на четыре типа:

  1. Грунт-вода.
  2. Вода-вода.
  3. Воздух-вода.
  4. Воздух-воздух.

Установки первого типа добывают тепло из земли с помощью трубчатых коллекторов или зондов. Во внешнем контуре такого насоса циркулирует незамерзающая жидкость, переносящая тепло в испарительный бак. Здесь происходит передача тепловой энергии фреону, который движется в замкнутом контуре между компрессором и дроссельным клапаном. Нагретый хладагент поступает в бак-конденсатор, где отдает полученное тепло воде, направляемой в систему отопления. Цикл теплообмена повторяется до тех пор, пока установка подключена к электросети.

Принцип работы водяного теплонасоса ничем не отличается от грунтового. Разница заключается лишь в том, что энергию ему дает вода, а не грунт.

Воздушный тепловой насос не нуждается в крупногабаритном внешнем коллекторе для сбора тепла. Он просто прокачивает через себя уличный воздух, извлекая из него драгоценные калории. Вторичный теплообмен в этом случае происходит через воду (теплые полы) или через воздух (воздушная система обогрева).

Оценивая экономическую сторону вопроса, следует отметить, что наибольших финансовых вложений требует установка «грунт-вода». Для монтажа ее теплоприемных зондов приходится бурить глубокие скважины или же вынимать грунт на большой площади для укладки коллектрора.

Грунтовый тепловой насос не может работать без внешней системы труб или глубоких скважин с теплоприемными зондами

На втором месте стоит водяной тепловой насос, сдаваемый заказчику под ключ. Для его работы не требуется копка земли и бурение скважин. Достаточно погрузить в водоем достаточное количество гибких труб, по которым будет циркулировать теплоноситель.

Дешевле всего обходятся агрегаты «воздух-воздух» и «воздух-вода», поскольку они не нуждаются в установке внешних приемников тепловой энергии.

Особенностью монтажа большинства теплонасосных систем является их подключение не к радиаторам отопления, а к теплому полу. Это объясняется тем, что максимальный нагрев воды у них производится до температуры +45С, оптимальной для теплого пола, но недостаточной для нормальной работы радиатора.

Выгодной для владельца особенностью работы данной установки является возможность реверсного режима — перевод в жаркий период года на охлаждение помещений. В этом случае избыточное тепло поглощается трубопроводом теплого пола и отводится насосом в грунт, воду или воздух.

Упрощенная структурная схема грунтовой теплонасосной установки выглядит так:

Кроме теплового насоса, грунтового контура и теплого пола здесь мы видим два циркуляционных насоса, запорные вентили горячей воды и отопления, а также бак, аккумулирующий горячую воду для бытового использования.

Характеристики тепловых насосов

Главный показатель, по которому оценивают эффективность работы теплового насоса — коэффициент преобразования тепла, сокращенно именуемый КПТ (в английской аббревиатуре СОР). К привычному для нас КПД — коэффициенту полезного действия он отношения не имеет. КПТ (СОР) показывает, сколько киловатт энергии перекачивает насос на один киловатт полученной им электроэнергии. В зависимости от условий работы КПТ теплонасоса может составлять от 3 до 5, что без лишних дискуссий подтверждает экономическую выгоду его использования.

Наиболее стабильные показатели эффективности демонстрируют грунтовые и водяные установки, поскольку температура воды и грунта не опускается ниже нуля градусов. Агрегаты, собирающие тепло из воздуха зависят от его температуры. При минусовых отметках термометра их производительность снижается в среднем на 40-50%.

Второй рабочий параметр – мощность в киловаттах. Его подбирают, исходя из величины теплопотерь здания.

Расчет отопления дома с тепловым насосом

Для нормальной работы теплоперекачивающей установки необходима качественная теплоизоляция здания. Поэтому перед покупкой теплового насоса необходимо утеплить стены, пол и потолки, после чего выполнить расчет тепловых потерь (Q).

Упрощенная формула подсчета количества тепла (Вт), уходящего из дома через ограждающие конструкции (стены, окна, пол, потолок) выглядит так:

Q = S х (разница температур воздуха в помещении и на улице)/ Rт.

S –площадь ограждающей конструкции в м2;

Rт – тепловое сопротивление материала ограждающей конструкции (берут из таблиц СНиП по строительной теплотехнике).

Поочередно подсчитав теплопотери стен, окон, пола и потолка их суммируют и получают количество киловатт, теряемых домом за 1 час в самый холодный период года. Мощность теплонасоса должна быть не меньше суммарной величины теплопотерь. Если кроме отопления установка будет греть воду для бытовых нужд, то ее мощность увеличивают на 20%.

Выбирая теплонасос «воздух-воздух» или «воздух-вода» следует ориентироваться на тепловую мощность, которую он развивает в области низких температур, поскольку она значительно ниже мощности при работе в теплый период года.

В качестве примера приведем параметры воздушно-водяной установки NIBE FIGHER F2300-14. Работая в температурном диапазоне от +7 до + 45С, она выдает около 18 кВт, а при температуре воздуха -15С всего 10,7 кВт.

Известные бренды и ориентировочные цены

Рынок теплонасосного оборудования в России сформирован. Лидирующие позиции здесь занимают зарубежные компании, такие как: Nibe (Швеция), Mitsubishi Electric (Япония), Danfoss (Дания), Vaillant (Германия), Viessmann (Германия), Mammoth (США) и другие. Не уступает по соотношению «цена-качество» именитым брендам продукция российского производства (торговые марки Henk и SunDue).

Ориентировочная цена (на 2016 год) импортного теплового насоса «грунт-вода» мощностью 10 кВт, рассчитанного на обогрев дома площадью 100 м2 (без монтажа) составляет 500 000 рублей. За работы по бурению скважин, монтажу труб и пусконаладку придется доплатить в среднем от 80 000 руб не включая дополнительные материалы.

Отечественная техника дешевле. Цена аналогичного по параметрам российского теплонасоса около 360 000 рублей. Его покупка с монтажом под ключ будет стоить около 430 000 рублей. Ориентировочная цена 10 киловаттного теплонасоса «воздух-вода» от 270 000 руб. Средняя стоимость данного агрегата с установкой под ключ составляет 320 000 рублей.

Отзывы реальных владельцев этого вида техники в абсолютном большинстве положительные. В них отмечается надежная работа геотермальных тепловых насосов и низкие эксплуатационные затраты (обслуживание, электроэнергия).

Опасения тех, кто пока еще размышляет о покупке теплонасоса «воздух-вода» исходя из практики использования данной техники не оправдываются. Эти агрегаты стабильно выдают тепло вплоть до температуры наружного воздуха -25С.

Самостоятельное изготовление теплового насоса

Учитывая достаточно высокую стоимость данного оборудования у многих самодельщиков возникает соблазн собрать его своими руками, используя подручные агрегаты и комплектующие. Что следует сказать по этому поводу?

Данная работа включает два основных этапа: подготовку внешнего контура и сборку самой теплонасосной установки. Своими силами можно выкопать траншеи для укладки труб. Сделать без спецоборудования 50-метровую скважину для монтажа зонда нереально. Поверхностная укладка коллектора, как утверждают специалисты, невыгодна, поскольку не дает достаточно тепла для стабильной работы установки.

Теперь посмотрим, можно ли собрать тепловой насос своими руками. Для этого нужен практический опыт мастера-холодильщика, поскольку заполнение системы фреоном и ее опрессовку новичок выполнить не сможет.

Изготовление установки на базе агрегатов от старого холодильника или кондиционера можно рассматривать лишь как демонстрационный вариант, не имеющий практической ценности из-за низкой эффективности.

В интернете тиражируется руководство по сборке теплового насоса на базе компрессора от кондиционера, емкости из нержавейки (конденсатор) и пластиковой бочки (испаритель). Рассказав, как накрутить медные трубки на баллон и закрепить компрессор на стене, автор заканчивает свое повествование советом после завершения сборки обратиться к мастеру, который согласится выполнить пусконаладку и исправить все допущенные самодельщиком «косяки». Назвать эту инструкцию серьезным подспорьем для самостоятельной работы нельзя.

Грунтовые насосы – устройство, сфера применения, параметры выбора

Что такое грунтовые насосы, область применения и назначение таких насосов, устройство, виды грунтовых насосов.

Насосы служат для создания давления и напора в местах, где это невозможно реализовать естественным путем. В зависимости от назначения насосы разделяются на виды. По названию определяется область применения. Например, грунтовые насосы – устройства для откачки лишней жидкости из земли, что относит их к категории дренажных насосов.

Первым экземпляром инженерной мысли стал насос поршневого типа, изготовленный в 1859 году во Франции. Затем появились и Царской России, а потом уже перекочевали и в современность. Позже появились новые модели, отвечающие требованиям производительности и энергоемкости. Советский Союз оставил после себя достижения в областях науки. Свой вклад внесли и грунтовые насосы. Насосы грунтовые используют и сейчас, предварительно улучшив и модернизировав механизм отдельных узлов, и агрегатов.

Назначение и область применения

Грунтовые насосы – незаменимые помощники для откачки грунтовых вод. Насос грунтовой представляет собой аппарат с односторонним всасыванием. В основном насос для откачки и его разновидности бывают центробежными и одноступенчатыми. Они помогают извлекать из грунта лишнюю воду.

Этот аппарат целесообразнее использовать, потому что жидкость может содержать в себе разные примеси в виде песка, шлама, химических веществ. Он создает давление и напор, с помощью которого жидкость с примесями выходит на поверхность. Использование других средств – трудоемкий, нецелесообразный процесс. Это приводит к большой амортизации рабочих инструментов, их порче и выхода из строя, поломкам. Данный агрегат имеет высокий КПД. Компактный по размеру, имеет небольшой вес, неприхотлив в обслуживании.

Область применения грунтовых насосов:

  1. Промышленность – используется в различных ее видах. Начиная от добычи полезных ископаемых, заканчивая добычей алмазов.
  2. Горнодобывающая промышленность – используется в самых различных отраслях. В силу больших объемов, грунтовый насос применяется с самой высокой мощностью.
  3. Добыча угля – применяется для откачки пульпы из угольных шахт и ее дальнейшей транспортировки.
  4. Рытье котлованов, колодцев, шахт, оврагов – намного облегчает данный процесс. Экономит деньги и средства.
  5. Земляные, строительные работы – применяется в строительстве зданий, высотных сооружений для прокладки фундамента и цокольного этажа.
  6. Народное хозяйство – в этой сфере широко применяют возможности и мощность данного аппарата.
  7. Геология – в сфере разработки месторождений этот прибор играет немаловажную роль. Особенно когда нужно взять пробы пород либо проверить состав породы на большой глубине.
  8. Транспортировка – является удобным способом транспортировки пульпы крупной и небольшой фракций.
  9. Производство строительных материалов – широко применяется в производстве цемента.

Устройство и принцип работы

В зависимости от специфики работы прибора имеют разные комплектующие. Они различаются по запчастям и схеме действия. Запчасти имеют свойство изнашиваться, со временем они требуют замены. Основные узловые элементы агрегата:

  1. Корпус – основной элемент. В зависимости от фракций, которые необходимо выкачать подразделяются на 2 вида.
  2. Броневые диски – элемент, позволяющий продлить срок эксплуатации оборудования. Выполняет функцию защиты от попадания различных загрязняющих элементов.
  3. Вращающееся колесо – основной функцией которого является передача энергии.
  4. Крышка для откачки жидкости.
  5. Цилиндрическая горловина.
  6. Система промывки – позволяет оборудованию находится в исправном состоянии и работать всему агрегату в штатном режиме.
  7. Уплотнители – применяются для предотвращения попадания мелких частиц, пыли. Также улучшают сцепление элементов между собой.

Устройство грунтовых насосов.

Принцип работы грунтовых насосов следующий:

  • через горловину, жидкость попадает на вращающееся колесо
  • идет дальше с помощью центробежной силы и лопастей колеса
  • жидкость выкачивается на поверхность.

Виды и отличия

Грунтовые насосы, в зависимости от размера сечения проточного тракта подразделяются на три большие категории:

  1. Увеличенные.
  2. Нормальные.
  3. Уменьшенные.

Варианты покрытия проточной части:

  • металлический, прорезиненный;
  • металлический, корундовый.

Металл, применяемый в изготовлении проточного тракта высокого качества. Обладает износостойкими, антикоррозийными качествами.

Варианты классификации относительно корпуса:

  1. Однокорпусный насос.
  2. Двухкорпусный насос – в случаях, когда работа ведется относительно крупных, габаритных материалов. Данный вид устанавливается дополнительная защита.

Классификация по расположению вала:

Грунтовые насосы ГрАТ.

  • горизонтально расположение вала (используется часто);
  • вертикальное расположение вала (применяется редко, в особых случаях).

Земляной насос – относится к категории грунтовых насосов, этому способствует идентичное строение агрегата и принцип работы.

Рефулерный насос – используются на большой глубине. Маленький напор и увеличенная подача способствуют эффективному использованию на большой глубине. Также относятся к категории грунтовых насосов. Имеют свою специфику работы, изготавливаются по специальному заказу.

Пульповый насос – аппарат, предназначенный для выведения пульпы на поверхность. Жидкость, содержащая фрагменты грунта называется пульпой.

Шламовый аппарат – насос, выкачивающий шлам из грунта. Различные частицы металлов и химических соединений называется шламом.

Погружной насос – водный тип насосов. Предназначены для того, чтобы откачивать воду.

Шламовые и грунтовые насосы BELSI (видео)

Основные параметры

Параметры работы грунтовых насосов позволяют определить уровень эффективности его работы. Критериями его измерения являются:

С помощью этих трех величин, обозначающимися латинскими переменными, вычисляют необходимые параметры работы, путем выведения просты физических формул.

Существуют специально разработанные методики вычисления износостойкости насоса, его эффективности, энергоемкости. Поскольку вычисление данных параметров представляют собой сложный и длительный процесс разработаны специальные стандарты для его проведения.

Насос грунтовый, шламовый Eureka EDPНасос грунтовый, шламовый Eureka EDP.

Насос грунтовый, шламовый Eureka EDPОдним из основных параметров является вычисление срока службы насоса в целом. Для его максимального продления используют различные хитрости:

  • совершенствуют проектировку грунтовых насосов;
  • внедрение защитных вкладышей;
  • исключение попадания твердой породы в имеющиеся зазоры, путем установки дополнительной защиты.

Работа в этой области необходима. Поиск способов увеличения мощности оборудования – одна из приоритетных задач в отрасли. Достигнутый результат будет виден на лицо. Много компаний производят продукцию данного вида агрегатов и оборудования самых различных видов и модификаций. Они понимают потребность рынка в получении товара хорошего качества. Поэтому всяческими способами пытаются внести новшества в процесс производства.

Большое количество времени уходит на подбор качественного сплава метала для производства грунтового насоса. Достойное место среди них заняли и российские производители. Перечислим отечественных производителей:

Виды тепловых насосов, преимущества и недостатки каждого из них

В условиях постоянного роста тарифов на электричество и газ, ухудшения экологической обстановки все чаще применяются альтернативные источники энергии. Тепловой насос (ТН) — один из вариантов таких систем, с помощью которого можно отопить частный дом зимой, кондиционировать помещения летом, нагревать воду для бытовых нужд. Устройства позволяют экономить на энергоносителях, не используют невозобновляемых природных ресурсов, что важно с точки зрения охраны окружающей среды. Рассмотрим виды тепловых насосов, их преимущества и недостатки, особенности эксплуатации.

Устройство и принцип работы

Теплонасос в общем виде состоит из:

  • компрессорной установки;
  • конденсаторного теплообменника;
  • испарительного теплообменника;
  • средств автоматики и присоединительной арматуры.

Компрессор требуется для сжатия и передачи по трубопроводам хладагента, в качестве которого в современных ТН применяются фреоны R410A и R407C, безопасные для озонового слоя.

При сжатии температура фреона стремительно повышается, под давлением до 40 бар он перемещается в конденсатор и передает тепловую энергию потребителю (адиабатический процесс). Потребителем может быть воздух или теплоноситель, который затем отдает энергию отопительной системе. Температура фреона понижается, он возвращается из газообразного состояния в жидкое (изотермический процесс).

Затем жидкий хладагент через вентиль-терморегулятор, применяемый для дозировки и снижения давления, поступает в теплообменник-испаритель. Вследствие падения давления при передаче по каналам испарителя фреон вновь превращается в газ. Температура снижается, осуществляется его нагрев от источника — воды, воздуха, земных недр. Затем уже холодный фреон перемещается в компрессор и рабочий цикл вновь повторяется.

Принцип работы теплового насоса

Таким образом, теплонасос сам не вырабатывает тепло, а лишь перемещает его в дом. Для работы требуется электроэнергия, которая расходуется в основном на компрессор. Для определения эффективности ТН используется показатель преобразования (СОР) — отношение полученной тепловой энергии к потребленной электрической. Параметр зависит от производителя и типа теплонасоса и находится в интервале от 2 до 6.

Виды тепловых насосов

В зависимости от технологии, применяемой для забора и распределения энергии, конструкции оборудования и способов использования, различают следующие виды теплонасосов:

  • «воздух-воздух»;
  • «воздух-вода»;
  • «грунт-вода» (геотермальные);
  • «вода-вода».

«Воздух-воздух»

Источник энергии для такого типа устройств — атмосферный воздух. По внешнему виду теплонасос не отличим от сплит-систем, способен нормально функционировать при температуре до -30°С, получая энергию из окружающей среды. Дом отапливается нагретым в конденсаторе воздухом.

Теплонасос «воздух — воздух»

  • низкая стоимость;
  • удобство и скорость монтажа;
  • отсутствие утечек теплоносителя.
  • невозможность организации горячего водоснабжения;
  • снижение показателя СОР при отрицательных температурах;
  • необходимость в монтаже внутренних блоков в комнатах, устройстве воздуховодов.

Тепловые установки «воздух-воздух» применяются преимущественно в домах с сезонным проживанием и не могут рассматриваться как основное средство отопления.

«Воздух-вода»

Принцип действия системы идентичен предыдущему типу. Отличие заключается в нагреве не воздуха в комнатах, а теплоносителя, используемого в контуре ГВС и для отопления дома.

Если помещения обогреваются с помощью обычных батарей, работа насоса менее эффективна. ТН «воздух-вода» следует использовать с конвекторами и радиаторами большой площади, а также низкотемпературными системами «теплые стены» и «теплый пол» с водяным теплоносителем.

Схема организации отопления и ГВС с помощью теплонасоса «воздух-вода»

  • возможность организации горячего водоснабжения;
  • срок службы, надежность;
  • бурение скважин не требуется;
  • максимальная эффективность весной и осенью.
  • невозможность использования при температурах ниже -20°С;
  • необходимость в размораживании наружного блока;
  • значительное снижение коэффициента СОР при отрицательных температурах (до 1,2).

Насосы «воздух-вода» в качестве единственного средства отопления могут устанавливаться лишь в теплых регионах. В средней полосе они зачастую монтируются вместе с иным отопительным оборудованием (пеллетными, твердотопливными, электрокотлами, каминами с водным контуром).

«Грунт-вода»

В качестве внешнего (геотермального) контура задействованы недра земли. Поэтому теплонасосы «грунт-вода» обладают важным преимуществом перед другими типами ТН — стабильностью параметра СОР независимо от поры года и температуры воздуха.

Существует три способа сооружения геотермального контура:

  • горизонтальный;
  • вертикальный;
  • наклонный.

Горизонтальный контур

Для использования тепловой энергии земли требуется обустройство коллектора, занимающего значительную площадь. Система трубопровода располагается близко к поверхности, из-за чего производительность оборудования относительно невелика — 30-40 Вт на погонный метр контура.

Глубина заложения полиэтиленовых труб принимается ниже линии промерзания грунта на 0,3-0,5 м и составляет порядка 1,3-2 м. В этой зоне температура остается положительной (от +3 до +15°С) на протяжении всего календарного года.

Площадь, отводимая под коллектор, зависит от площади дома, процента остекления, степени утепления. Для определения требуемого участка и диаметра труб требуется выполнение подробных теплотехнических расчетов.

Схема размещения ТН «грунт-вода» с горизонтальным контуром

Для обустройства горизонтального коллектора используется два способа:

  1. Грунт срезается на всей площадке, производится укладка труб теплообменника с интервалом 0,6-1,5 м. По завершении раскладки котлован обратно засыпается грунтом. Для производства работ используется тяжелая землеройная техника — бульдозеры, фронтальные погрузчики, экскаваторы прямая или обратная лопата.
  2. Укладка труб коллектора осуществляется за несколько этапов в канавы шириной 0,6-1,0 м. Для производства земляных работ используются мини-экскаваторы либо экскаваторы-погрузчики.

Преимущества горизонтального контура:

  • меньшая стоимость по сравнению с вертикальной укладкой;
  • возможность выполнения работ во время прокладки других инженерных сетей (канализации, водопровода);
  • стабильность работы системы независимо от поры года.
  • невозможность выполнения при завершенном ландшафтном оформлении участка;
  • значительная занимаемая площадь, на которой запрещена посадка деревьев и другие работы по благоустройству;
  • необходимость обеспечения естественного попадания осадков и солнечного света.

Вертикальный контур

Система представляет собой куст скважин глубиной 30-200 м с опущенными на дно специальным оборудованием — геотермальными зондами. В этой зоне на протяжении многих десятилетий температура остается неизменной и возрастает примерно на 2-5°С через каждые 70-100 м.

Схема размещения теплового насоса «грунт-вода» с вертикальным контуром

  • значительно сокращается необходимая для обустройства площадь в сравнении с горизонтальным контуром;
  • стабильность показателя СОР;
  • возможность установки теплового насоса в жилых домах, предприятиях промышленности.
  • необходимость проведения предварительных инженерно-геологических изысканий;
  • задействование буровых установок и специального оборудования;
  • стабилизация теплоотдачи на 2-3 сезон эксплуатации.

Наклонный контур

Для установки теплового насоса с наклонным контуром требуется участок площадью всего 4 м2. Бурение скважин возможно даже в подвале дома.

В заранее обустроенной шахте глубиной 4 м в разные стороны под углом бурятся скважины. В них укладываются трубы, соединенные с расположенным в доме теплоприемником.

Во избежание промерзания грунта от наклонного контура пространство между землей и трубами заполняется строительным раствором с низкой теплопроводностью.

Размещение теплового насоса «грунт-вода» с наклонным контуром

«Вода-вода»

Для получения тепла используются грунтовые воды. Они имеют постоянную температуру (более +7°С) и расположены на различной глубине.

Подземные воды из скважины поднимаются посредством центробежного насоса и поступают на станцию тепломассообмена, где происходит передача энергии антифризу нижнего контура ТН. Эффективность работы теплонасоса зависит от глубины грунтовых вод и удаленности скважины от станции.

Организация отопления и горячего водоснабжения по принципу «вода-вода» имеет ряд ограничений по использованию:

  • необходимость обустройства дренажного колодца для отработанных вод;
  • отсутствие или значительная глубина залегания грунтовых вод;
  • нестабильность дебета скважины;
  • необходимость учета загрязненности и солевого состава воды во избежание засорения теплообменника.

Заборная вода должна отвечать следующим параметрам: содержание магния и железа — менее 0,5 мг/л, общая доля хлоридов — не выше 300 мг/л. Выпадающие в осадок вещества должны полностью отсутствовать. При превышении допустимых концентраций требуется монтаж станций обессоливания и водоподготовки.

Монтаж систем «вода-вода» рационален, если в непосредственной близости расположена река либо иной водоем. Устройство отопления возможно только с закольцованным контуром, а в качестве теплоносителя должна применяться только вода.

Тепловой насос «вода — вода»

Преимущества и недостатки тепловых насосов

Популярность тепловых насосов, используемых как для бытовых, так и для производственных нужд, обусловлена такими преимуществами:

  1. Экономичность и эффективность. Для подачи в систему отопления 1 кВт•ч тепловой энергии расходуется всего 0,2-0,3 1 кВт•ч электроэнергии.
  2. Возможность использования во всех регионах.
  3. Экологичность. При работе теплонасоса не выделяются продукты горения, потребление электроэнергии крайне низкое. Используемый хладагент безопасен для окружающей среды, не содержит хлоруглеродов.
  4. Многофункциональность. Тепло, взятое у природы, можно направлять на обогрев дома зимой или охлаждение его летом, для организации ГВС, подогрева воды в бассейне.
  5. Безопасность. Отсутствие строгих требований к системам вентиляции помещений, высокий уровень пожарной безопасности.
  6. Бесшумность работы, компактность.
  7. Возможность автоматического управления работой системы, в том числе удаленного — через интернет.

К недостаткам относятся:

  • высокая стоимость оборудования и работ по его монтажу;
  • необходимость в качественном утеплении дома.

Главным недостатком теплонасосов любого типа является недостаточный нагрев воды. Как правило, температура ее редко превышает 50-60°С.

Использование тепловых насосов — экономичное решение для эффективного обогрева и снабжения горячей водой частного дома. Оборудование абсолютно безопасно как для человека, так и для окружающей среды.

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использование

В условиях ухудшения экологической обстановки в мире и (что более актуально для рядового потребителя) стремительного роста тарифов на газ и электричество все больше европейцев старается внедрить в свою повседневную жизнь системы, использующие альтернативные источники энергии. Один из вариантов подобных систем – так называемый тепловой насос, посредством которого можно отапливать свое жилище в зимний период и нагревать воду для бытовых нужд, расходуя на это минимум электроэнергии.

В домах наших соотечественников в последние годы тоже все чаще можно встретить это чудо инженерной мысли. Конечно, для россиян проблема высоких цен на традиционные энергоносители пока стоит не так остро, как в Европе, но, во-первых, это лишь до поры до времени, а во-вторых, не хочется отставать от цивилизованного мира…

Итак, тепловой насос… Что это такое? На чем основан принцип его действия? Откуда, куда и как он перекачивает тепло? Давайте разбираться.

Все о тепловых насосах - принцип работы, виды, недостатки и достоинства

Принцип работы теплового насоса

Принцип действия тепловых насосов основан на способности вещества (хладагента) поглощать или отдавать тепло при изменении агрегатного состояния. По своей сути такие насосы мало чем отличаются от холодильных установок. (Это странное, на первый взгляд, утверждение нисколько вас не удивит, если вы хоть раз дотрагивались до горячей задней стенки обычного бытового холодильника.)

Схематично тепловой насос может быть представлен в виде системы, состоящей из трех контуров. В первом находится теплоноситель, переносящий энергию от источника низкопотенциального тепла. Во втором контуре циркулирует хладагент (фреон), который периодически то испаряется, отбирая тепло у первого контура, то вновь конденсируется, отдавая его третьему контуру. И, наконец, по третьему контуру «бегает» теплоприемник, в нашем случае – вода, переносящая тепло по системе отопления.

Схема работы теплового насоса

Рабочий цикл теплонасоса в общих словах может быть описан следующим образом. Жидкий хладагент поступает в испаритель, где переходит в газообразное состояние. Необходимая для протекания этого процесса энергия отбирается у теплоносителя, циркулирующего в первом контуре. Далее подогретый на несколько градусов газообразный хладагент всасывается в компрессор, главное назначение которого – сжатие газа (на совершение этой работы, разумеется, расходуется электроэнергия).

Давление газа возрастает в несколько раз, при этом он существенно разогревается: если на входе в компрессор температура хладагента составляет 6-10°C, то на выходе уже около 60°C. На следующей стадии разогретый газ направляется в конденсатор, где отдает полученное тепло системе отопления, сам же при этом конденсируется, т.е. переходит в жидкое состояние. Затем избыточное давление сбрасывается с помощью дроссельного клапана, и цикл начинается заново.

Как видите, устройство теплового насоса не отличается принципиально от устройства холодильной машины. Просто основным назначением холодильных установок является генерирование холода, поэтому там отбор теплоты производится испарителем, а конденсатор лишь сбрасывает эту теплоту в окружающее пространство. В тепловом же насосе картина обратная: конденсатор представляет собой теплообменный аппарат, отдающий теплоту потребителю, а испаритель – это теплообменник, утилизирующий низкопотенциальную теплоту вторичных энергоресурсов.

Другими словами тепловой насос – это «холодильник наоборот». При этом «наоборот» не только устройство, но и результат. Если в случае холодильника тепло, отнимаемое у хранящихся внутри продуктов, выбрасывается впустую, то энергия, вырабатываемая тепловым насосом, приносит реальную пользу – тратится на целенаправленный обогрев дома.

Разновидности тепловых насосов и систем

Тепловая энергия, расходуемая на отопление здания и систему горячего водоснабжения, является результатом преобразования энергии окружающей среды, осуществляемого с помощью теплового насоса. Насос концентрирует эту низкопотенциальную (низкотемпературную) энергию и передает ее системе отопления.

Осталось разобраться, что в данном случае подразумевается под энергией окружающей среды. Большинство тепловых насосов бытового назначения позволяют использовать тепло Солнца и внутреннее тепло Земли, накапливаемые верхними слоями земной коры и водой в течение всего года.

По типу конструкции первого контура теплообменника все тепловые насосы делятся на грунтовые, водяные и воздушные.

Грунтовые тепловые насосы

Грунтовые тепловые насосы получают тепло, необходимое для подогрева хладагента в испарителе, от грунта. Температура последнего на глубине нескольких метров практически не подвержена сезонным колебаниям. По замкнутой системе труб, размещенных в грунте, циркулирует «рассол». Слово «рассол» мы не случайно взяли в кавычки: соли, как этого можно было бы ожидать исходя из названия, он не содержит.

На самом деле это антифриз на основе этиленгликоля или пропиленгликоля, реже водного этанола. Трубы теплообменника могут быть уложены в грунте как горизонтальным (горизонтальный коллектор), так и вертикальным (геотермальный зонд) способом.

Трубы горизонтального коллектора укладываются в землю на глубине ниже уровня промерзания грунта в данном регионе (обычно 1.5-2 м). Теплообменная система этого вида занимает достаточно большую площадь. Например, для обеспечения теплом сравнительно небольшого дома площадью 100 м 2 потребуется выделить 2-3 сотки земли. Следует принять во внимание, что на территории, занятой коллектором, можно сажать лишь те деревья и кустарники, корни которых не уходят в почву слишком глубоко, а располагать здесь какие-либо постройки и вовсе нельзя.

Тепловой насос с горизонтальным коллектором

Геотермальный зонд – это теплообменник, трубы которого располагаются вертикально и погружены в грунт на глубину до 100-200 м. Количество устанавливаемых зондов зависит от требуемой мощности установки. Для обогрева дома, уже рассматриваемого нами выше в качестве примера, достаточно будет двух зондов длиной около 80 м, расположенных на расстоянии 5 м друг от друга.

Тепловой насос с геотермальным зондом

Как видите, для размещения этой системы не требуется больших площадей, вы можете пробурить скважины в любой части вашего участка – там, где вам это удобно. Главный недостаток грунтовых тепловых насосов с геотермальными зондами – высокая стоимость работ по бурению скважин. Однако, невзирая на это, большинство пользователей отдает предпочтение именно этим системам, ведь геотермальные зонды обладают большей эффективностью, чем горизонтальные коллекторы, и имеют при этом меньше ограничений.

Бурение скважины для геотермального зонда

Бурение скважины для геотермального зонда.

Водяные тепловые насосы

Водяной тепловой насос «черпает» энергию грунтовых вод, которые прокачивает через свой испаритель. Подобная система отличается повышенной эффективностью и неплохой стабильностью: первая характеристика является результатом высокой теплоотдачи воды, вторая обусловлена постоянством температуры грунтовых вод.

Тепловой насос вода-вода

Разумеется, чтобы использовать установку такого типа, требуется, чтобы эти самые грунтовые воды имелись на вашей территории, причем в достаточно большом количестве. Очень желательно, чтобы водоносный слой располагался не глубже 30-40 м. Одновременное выполнение этих двух условий – явление нечастое. Еще одним условием, невыполнение которого может стать препятствием для установки водяного теплонасоса в вашем доме или коттедже, является низкое содержание в грунтовых водах солей железа и прочих примесей.

Использование воды низкого качества приведет к тому, что оборудование быстро выйдет из строя, поскольку теплообменник попросту забьется. Наличие такого количества ограничений является причиной того, что подобные тепловые насосы, несмотря на всю их привлекательность, устанавливают нечасто (около 5% от всех реализованных проектов).

Воздушные тепловые насосы

С точки зрения простоты монтажа воздушные тепловые насосы обладают огромным преимуществом перед своими «собратьями». Для использования окружающего воздуха в качестве источника тепла вам не придется бурить скважины или проводить какие-то другие крупномасштабные грунтовые работы. В результате, если заложить в смету стоимость работ по установке оборудования, воздушный насос обойдется вам значительно дешевле, чем водяной или грунтовый.

Тепловой насос воздух вода

Несмотря на столь весомое достоинство, идеальным этот вид климатического оборудования не назовешь, поскольку есть у него и существенный недостаток. Такой насос эффективно работает лишь при температуре окружающего воздуха выше –15°C…–20°C. Падение температуры ниже этой границы, что в зимний период не является редкостью в большинстве регионов нашей страны, ведет к существенному уменьшению коэффициента эффективности воздушного теплонасоса.

Коэффициент эффективности тепловых насосов

Чуть выше мы использовали новый термин – «коэффициент эффективности». Было бы неправильно не пояснить, что это такое, тем более что это важная характеристика тепловых насосов, позволяющая сравнивать насосы разных типов между собой.

Коэффициент эффективности (называемый также коэффициентом трансформации) – это отношение выработанной насосом тепловой энергии к потребленной им электрической. По сути это КПД теплового насоса. В случае водяных теплонасосов этот коэффициент равен 5 вне зависимости от времени года. Это означает, что при потреблении 1 кВт*ч электроэнергии установка вырабатывает 5 кВт*ч тепловой энергии.

У грунтовых насосов величина коэффициента эффективности чуть ниже – от 4 до 4.5. И, наконец, самым маленьким коэффициентом характеризуются воздушные тепловые насосы, при этом их эффективность сильно зависит от температуры окружающего воздуха: при 0°C величина коэффициента равна ~3.5, а при –20°C он уже не превышает 1.5 (при такой низкой эффективности насос попросту не окупится, и имеет смысл подумать о приобретении более дешевого климатического оборудования, например электрического котла).

Некоторые менеджеры, рекламируя реализуемые ими тепловые насосы, уверяют потенциальных клиентов в том, что данное оборудование имеет КПД 400-500%. Разумеется, ни о каком нарушении законов термодинамики речи не идет. Просто в данном случае расчеты намеренно делаются неправильно: не учитываются источники энергии, отличные от потребляемого электричества, – воздух, вода или грунт, нагретые Солнцем и геотермальными процессами. Когда при расчете КПД учитывают только электроэнергию и забывают про источник низкопотенциального тепла, как раз и получается величина больше 100%.

Применение тепловых насосов в условиях российского климата

Познакомившись с приведенными выше описаниями различных типов тепловых насосов, вы без труда сами сможете ответить на вопрос, какой насос больше всего подходит для эксплуатации в условиях российского климата.

Воздушные тепловые насосы пригодны для применения лишь в ограниченном числе регионов нашей страны – там, где температура воздуха зимой почти не опускается ниже нулевой отметки. Разумеется, жителям Сибири, Дальнего Востока, севера европейской части России о воздушных тепловых насосах не стоит и размышлять.

Для применения водяных тепловых насосов есть много ограничений. О некоторых из них мы уже рассказывали, осталось упомянуть еще об одном. Более половины территории нашей страны находится в зоне вечной мерзлоты. Если даже какому-нибудь жителю Восточной Сибири или севера Дальнего Востока «повезло», и на его участке есть грунтовые воды, залегающие не слишком глубоко, то все равно эти грунтовые воды находятся в виде льда, а значит, не пригодны для использования в системе отопления.

Таким образом, большинству наших соотечественников приходится рассчитывать на единственный, беспроигрышный, вариант – грунтовый тепловой насос. При этом в условиях российского климата больше подойдет насос не с горизонтальным коллектором, а с геотермальным зондом, позволяющим достигнуть глубины, где температура грунта более стабильна.

Применение теплового насоса для охлаждения

Огромным достоинством тепловых насосов является то, что они способны не только отапливать дом, но и при необходимости охлаждать его. Наше короткое российское лето порою бывает очень жарким, и, когда ваше жилище буквально раскаляется, предложение превратить обогреватель в кондиционер будет очень кстати.

Техническое решение этого вопроса может быть интегрировано в тепловой насос изначально, на стадии изготовления, и практически у всех производителей имеются линейки насосов, умеющих кондиционировать помещение (режим Natural Cooling). Если ваш тепловой насос не обладает такими способностями, не все еще потеряно – работать на охлаждение может и обычный насос. Необходимое для этого дополнительное оборудование в виде гидравлической развязки будет смонтировано вне насоса. Оба варианта не требуют больших капиталовложений.

Нести генерируемый тепловым насосом холод непосредственно в помещение можно разными способами. Эта функция может быть возложена на холодные панели на стенах или потолке, охлаждающий теплый пол, радиаторы отопления с хорошим обдувом или же фанкойл – устройство, в чей корпус встроен обдуваемый вентилятором пластинчатый теплообменник.

Фанкойл

Применение теплового насоса для горячего водоснабжения

Любой тепловой насос способен не только обогревать ваше жилище, но и круглогодично снабжать вас горячей водой. Однако следует учитывать, что эта система является низкотемпературной, а значит, температура воды в бойлере не превысит 45-55°C. Из этого следует, что объем бойлера должен быть больше, чем при использовании стандартной системы отопления, в противном случае вам и вашим домочадцам придется жить в условиях жесткой экономии горячей воды.

Данный факт следует учитывать при выделении площади для котельной, т. е. еще на стадии проектирования дома. Также при выборе бойлера нужно принимать во внимание, что это должно быть специальное оборудование, рассчитанное на работу с теплонасосными установками. Главное отличие такого бойлера от обычного – увеличенная площадь теплообменника, необходимая для максимально эффективной передачи тепла от теплового насоса.

Тепловые насосы со встроенным ТЭНом

Нередко производители встраивают в свои тепловые насосы дополнительные электрические нагреватели. Встроенный ТЭН позволяет в случае необходимости перейти на альтернативный с точки зрения теплового насоса источник энергии – электричество. Для чего это нужно? В каких случаях возникает потребность задействовать ТЭН?

Подбор теплового насоса для отопления дома осуществляется с учетом различных параметров, в том числе и климатических особенностей региона. При этом считается нецелесообразным устанавливать насос с избыточной мощностью. Дело в том, что экстремально холодные дни случаются не так уж и часто, по крайней мере, в центрально-европейской части России. Практика показывает, что более экономичным вариантом будет «добрать» в эти морозные периоды необходимую мощность электричеством, чем изначально устанавливать более мощный насос. Наличие ТЭНа исключает необходимость делать систему более мощной, чем это требуется большую часть отопительного сезона.

Для владельцев водяных и грунтовых тепловых насосов встроенный ТЭН – скорее излишество, чем необходимость. Совсем иначе выглядит ситуация с воздушными теплонасосами. При температуре воздуха –20°C и ниже такой насос, если и не отключится, будет малоэффективен. И пусть холодных дней и ночей в году не очень много, совсем не хочется в один прекрасный момент остаться в стремительно вымерзающем доме. Наличие дублирующего теплогенератора в данном случае никак не назовешь роскошью.

Воздушный теплонасос

Воздушный тепловой насос.

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.

Грунтовый тепловой насос: принцип работы и преимущества эксплуатации

Грунтовый - геотермальный тепловой насос

Грунтовый, или как его еще называют, геотермальный тепловой насос извлекает энергию из земли либо из воды для отопления дома зимой и его охлаждения в летнее время. Тепло извлекается из земли посредством жидкости, например грунтовой воды или антифриза, и доставляется во внутренние помещения дома по трубопроводам и воздуховодам. Летом, когда требуется охлаждение, идет обратный процесс: тепло из дома транспортируется в грунт с использованием той же технологии.

Грунтовые насос DX-серии используют хладагент вместо антифриза и воды в качестве транспортирующей жидкости. Данный тип насосов может в равной степени работать через систему воздуховодов или радиаторов. Различные модификации могут быть оснащены только функцией отопления, либо работать также и для охлаждения.

Принцип действия грунтового теплового насоса

Грунтовый тепловой насос состоит из двух частей: контура подземных трубопроводов снаружи здания и блока теплового насоса в помещении. В отличие от воздушного теплового насоса, у которого в доме размещается только теплообменник (и иногда компрессор), грунтовый насос целиком находится в помещении. Наружные трубопроводы могут быть спроектированы как закрытая (замкнутая) либо открытая система.

Открытая система использует тепловые ресурсы, содержащиеся в подземных грунтовых водах. При этом вода из скважины идет напрямую к теплообменнику, где из нее извлекается тепло. Прошедшая теплообменник вода сливается либо в какой-нибудь водоем на поверхности: пруд или протоку, либо возвращается под землю через другую скважину.

Закрытая система вытягивает тепло из земли посредство множества замкнутых петель трубопроводов, зарытых в грунт. Антифриз (или хладагент в случае грунтовых насосов DX-серии), охлажденный рефрижераторной системой теплового насоса на пару градусов ниже температуры почвы, циркулирует по трубопроводам и вытягивает тепло из грунта.

Рабочий цикл в режиме отопления

Грунтовая вода, антифризная смесь или хладагент, прошедшие подземную трубопроводную систему и собравшие тепло из земли, поступают в блок теплового насоса внутри дома. Далее теплоноситель поступает к блоку теплообменника. В случае грунтовых насосов DX-серии теплоноситель поступает прямо к компрессору, минуя теплообменник. Тепло нагревает хладагент до точки кипения, превращая его в низкотемпературный пар. В открытой системе освобожденная от тепла вода далее сбрасывается в ближайший водоем или скважину.

В замкнутой системе антифризная смесь или хладагент выталкивается обратно в подземные трубопроводы, чтобы дальше собирать тепло. Обратный клапан направляет нагретый пар в компрессор, где он подвергается сжатию, уменьшается в объеме и нагревается. Наконец, обратный клапан выталкивает нагретый газ в блок конденсатора, откуда нагретый воздух поступает по воздуховодам во внутренние помещения дома. Отдав свое тепло, хладагент проходит через расширитель, где его давление и температура снижаются еще сильнее, после чего он снова направляется к началу цикла.

Рабочий цикл в режиме охлаждения

Цикл охлаждения, как правило, повторяет алгоритм работы в режиме отопления с точностью до наоборот. Посредством работы обратного клапана хладагент идет в обратном направлении: он собирает тепло из воздуха в помещении и выталкивает его наружу, в случае грунтовых насосов DX-серии – в воду или антифризную смесь. Тепло возвращается в наружный водоем или скважину при открытой системе либо в сеть подземных трубопроводов при замкнутой системе. При выработке избыточного тепла его часть может направляться для обеспечения потребностей горячего водоснабжения.

В отличие от воздушных тепловых насосов грунтовые модели не нуждаются в режиме разморозки. Ведь подземные температуры значительно меньше подвержены изменениям, чем температура воздуха, тем более что основной блок грунтового насоса размещается в помещении, таким образом, проблемы обмерзания практически не возникает.

Составные части системы грунтового насоса

Как показано на рис. 1, система грунтового насоса состоит из трех базовых компонентов: основной блок, внутренняя система воздуховодов и наружная система трубопроводов (при закрытой системе) либо скважина / водоем (при открытой системе). Грунтовые насосы могут иметь различия в конструктивной системе. В комбинированных моделях вентилятор, компрессор, теплообменник и конденсаторные трубопроводы размещаются в одном блоке оборудования. Другие модификации спроектированы в конфигурации «сплит-систем» (отдельных блоков), позволяющих встраивать их в имеющиеся системы отопления.

Рис. 1 – Основные элементы системы грунтового теплового насоса

Рис. 1 – Основные элементы системы грунтового теплового насоса

Показатели эффективности работы грунтового теплового насоса

Как и в случае воздушных тепловых насосов, их грунтовые аналоги имеют множество модификаций, различающихся по техническим характеристикам и параметрам эффективности. Насосы типа Земля-Вода, работающие в рамках открытых систем на грунтовой воде, имеют коэффициент эффективности в режиме отопления в диапазоне от 3,6 до 5,2, в режиме охлаждения – от 16,2 до 31,1 соответственно (см. рис. 2).

Рис. 2 – Показатели эффективности грунтового теплового насоса (открытая система)

Рис. 2 – Показатели эффективности грунтового теплового насоса (открытая система)

Грунтовые тепловые насосы замкнутого типа, работающие от подземных трубопроводов, имеют коэффициент эффективности при отоплении 3,1-4,9, при охлаждении – 13,4-25,8 (см. рис. 3).

Рис. 3 – Показатели эффективности грунтового теплового насоса (закрытая система)

Рис. 3 – Показатели эффективности грунтового теплового насоса (закрытая система)

Представленный на рисунках диапазон значений демонстрирует производительность типового ассортимента моделей грунтовых тепловых насосов. Обычно чем выше производительность, тем выше цена оборудования и соответственно стоимость сопутствующих затрат на монтаж, пусконаладку, техническое обслуживание. Чтобы иметь представление о полной стоимости покупки и ввода в эксплуатацию грунтового теплового насоса, нужно составить типовую смету затрат, адаптированную под конкретную модель оборудования. Не стоит забывать о том, что энергопотребление у различных типов грунтовых насосов может значительно отличаться: ведь оно зависит не только от мощности и производительности, но и от технологии энергоэффективности, в соответствии с которой спроектирован тот или иной тип машин.

В отличие от температуры воздуха температура земли остается более-менее постоянной, в результате чего производительность грунтового насоса меняется незначительно в зимний период. Стабильная производительность оборудования дает возможность подобрать модель грунтового насоса под потребности конкретного домохозяйства в отоплении и горячем водоснабжении.

Допустим, в случае с воздушным тепловым насосом будет совершенно нецелесообразным полностью полагаться на него в деле отопления, так как его производительность слишком зависима от погодных условий и, в частности, от уличной температуры. Грунтовый тепловой насос, как уже было сказано, подвержен температурным колебаниям значительно меньше, однако и он не в состоянии в одиночку справляться с отопительной нагрузкой.

Идеальным будет вариант, когда грунтовый насос спроектирован для обеспечения 60-70% от общей тепловой нагрузки (совокупной потребности по отоплению и горячему водоснабжению). В самые холодные зимние дни мощности грунтового насоса может не хватить, так что лучше иметь под рукой резервный источник тепла. Комбинированная работа этих двух нагревательных систем позволит полностью покрыть потребности домохозяйства в ГВС и отоплении. Системы грунтовых насосов переменной мощности c двухступенчатым компрессом способны удовлетворять все потребности в охлаждении и частично в отоплении на малой мощности, и отапливать дом в холодные зимние месяцы – на полной мощности.

На рынке России представлен широкий модельный грунтовых тепловых насосов в диапазоне по мощности от 7 кВт до 35 кВт, многие из которых комплектуются блоком горячего водоснабжения.

Ссылка на основную публикацию