Отопление частного дома тепловым насосом — принцип работы

Тепловой насос предназначен для нагревания воздуха внутри жилых и промышленных помещений.

Упрощенно, принцип его действия заключается в аккумулировании низкопотенциальной энергии окружающей среды и передачи ее в замкнутую систему помещения.

Низкопотенциальной и рассеянной. такая энергия называется потому, что речь идет об относительно низких температурах – плюс 4-7 градусов.

Содержание статьи:

Основные характеристики

отопление дома тепловым насосом цена под ключПри более высоких температурах (порядка 20 градусов), необходимость отопления и использования теплового насоса отпадает.

Основным рабочим элементом насоса является хладагент.

Его использование позволяет достичь необходимого КПД при низких температурах.

Если наружная температура всего +4 градуса, то хладагент кипит при минус 55 градусах.

Именно, эта разница в 60 градусов и позволяет отобрать тепло у окружающей среды.

На типы, тепловые насосы делятся, в зависимости от того, какое тепловое тело они используют для работы – воздух или воду.

Обе эти среды могут быть использованы, как снаружи, так и внутри системы.

В результате получается 4 типа:

  • Воздух-воздух – по сути, это простой кондиционер, работающий на обогрев.
    Работа в таком режиме не позволят достичь большой мощности и сильно снижает ресурс агрегата.
  • Вода-воздух – это машины для промышленного использования, и в быту встречаются крайне редко.
  • Воздух-вода – самый дешевый из всех тепловых насосов.
  • Вода-вода – наиболее распространенный тип.
    Наружный коллектор заполнен водой (про глубинные водяные насосы для скважин прочитайте здесь).
    Далее, посредством хладагента, тепло забирается у окружающей среды и передается в систему отопления жилого помещения.

Принцип действия теплового насоса можно сравнить с работой бытового холодильника.

батареи отопления какие лучше для частного домаА знаете ли вы, какие лучше батареи отопления для частного дома? Прочитайте в предлагаемой статье описание технических характеристик различных радиаторов, прежде, чем отправляться в магазин.

Схема зимнего водопровода на даче из колодца описана на этой странице.

В холодильнике тепло отбирается у продуктов, находящихся в морозильной камере, которая изолирована от объема помещения.

Далее, тепло сбрасывается в пространство, окружающее холодильник, посредством конденсатора.

Аналогично работает и тепловой насос – он аккумулирует и забирает тепло у окружающей среды, находящееся за пределами вашего дома, и затем сбрасывает его внутрь жилого помещения (какие трубы лучше для теплого водяного пола).

Вода греет воду

«Сердцем» теплового насоса типа «вода-вода», является коллектор.

Он представляет собой трубу, по которой, при помощи насоса, перегоняется теплоноситель. Внутри системы теплоноситель охлаждается до очень низких температур.

Проходя через коллектор, он отдает холод в окружающую среду, сам при этом нагреваясь.

Возвращаясь во внутреннюю систему, теплоноситель отдает накопленное тепло, которое используется для нагрева воздуха или водопроводной воды (про подключение греющего кабеля для водопровода прочитайте в этой статье).

Самым идеальным вариантом было бы опустить коллектор в водоем – озеро или реку. Но такая возможность встречается крайне редко.

Разве что ваш дом находится в непосредственной близости от береговой линии.

Если же расстояние до воды составляет несколько сот метров и более, то эта идея сопряжена с непреодолимыми трудностями и рисками.

тепловой насос для отопления дома своими рукамиДлина холостой трубы, в этом случае, должна равняться расстоянию до водоема, помноженному на 2.

И нет никаких гарантий, что при такой протяженности, труба (какая лучше для водопровода под землей) в какой-либо момент не будет повреждена.

Да и использовать водный ресурс в данном качестве, вам, вряд ли разрешат.

Остаются только два вида коллекторов, допускающих использование в реальных условия. Это – горизонтальный, зарытый в траншею, и вертикальный, помещенный в скважину.

Конечная мощность, выдаваемая тепловым насосом, напрямую зависит от длины коллектора.

Так, с горизонтального типа, находящимся в земле, можно получить до 20 Вт энергии с погонного метра. А вертикальный может выдавать до 50 Вт с метра.

Несложно подсчитать, что для того, чтобы получить 10 кВт мощности, при использовании вертикального коллектора длина трубы должна составлять порядка 200 метров.

И именно такой глубины должна быть скважина. Бурение и установка на такую глубину довольно сложная задача.

колодец дренажный смотровойА что вам известно про смотровой дренажный колодец? Прочитайте в полезной статье для чего он нужен и как его сделать.

Как сделать септик без откачки и запаха своими руками написано здесь.

На странице: https://ru-canalizator.com/santehnika/s-oborudovanie/remont-stiralnoj.html описаны причины, почему из стиральной машины не сливается вода.

Начиная с того, что специалисты очень неохотно берутся за подобную работу – они предпочитают пробурить 6 скважин по 30 м, чем одну на 200.

Бурение 6-7 скважин на меньшую глубину обойдется дешевле, чем одной глубокой.

Но в дальнейшем, их нужно соединять между собой в единую систему, что сведет на нет весь выигрыш в цене и даже обойдется дороже. Как видно, выбор небольшой.

Но ничего лучше, чем вертикальная установка в скважину, для водяного наружного коллектора не придумаешь.

[note]Установка горизонтального коллектора обойдется еще дороже, а получаемая выходная мощность – на порядок меньше, чем у вертикального.[/note]

Упрощенно, схема прокладки горизонтального коллектора (расчёт диаметра трубы для отопления) выглядит следующим образом:

  • роется траншея глубиной 3.5 метров,
  • на дно укладывается обратная труба,
  • затем засыпают землю до глубины 2.5 м,
  • прокладывается подающая хладагент труба.

То есть, для получения 10 кВт мощности придется рыть траншею длиной около 500 м и глубиной 3.5 м. А земляные работы стоят совсем недешево.

Есть еще один, довольно, значительный недостаток горизонтального коллектора – при интенсивном использовании теплового насоса, очень сильно промораживается грунт (видео монтажа обогревающего кабеля для водопровода посмотрите на этой странице).

тепловой насос для отопления дома принцип работыВ зимний период, при средних минусовых температурах, земля промерзает естественным путем на глубину примерно 1.5 метров.

В свою очередь, с глубины в 2,5 метров, труба коллектора будет дополнительно промораживать землю вверх, вниз и в стороны.

В результате, к весне на участке будет замерзшая земля на глубину до 4-4,5 метров.

К чему это может привести? Если при обычных условиях грунт оттаивает к середине мая (имеется в виду средняя полоса), то в случае с проложенным коллектором, земля начнет оттаивать только к середине августа.

Из-за образовавшейся ледяной линзы
, вода, просто не будет уходить с участка. Не слишком приятная перспектива, иметь под боком болото.

Плюс, низкая температура грунта не позволит что-либо выращивать на такой земле.

Поэтому, если все же решитесь на установку теплового насоса, не соглашайтесь на горизонтальный земляной коллектор.

Потребуется большое количество земляных работ, возможны проблемы в процессе эксплуатации.

Да и съем тепла, при вертикальном его расположении, намного эффективней. Для теплового насоса типа вода-вода, самым оптимальным решением буде скважина.

Извлечение тепла «воздух-вода»

тепловой насос для отопления дома воздух водаВоздух-вода – система, вызывающая наибольший интерес покупателей, вокруг которой с самого начала не утихают горячие споры.

И это неудивительно – извлекать тепло, а значит энергию, из воздуха.

Что может быть выгоднее? Не требуется горизонтальный коллектор, не нужно бурить скважину, не нужно заправлять теплоноситель.

Плюс обещания производителей, сулящих сплошную выгоду – нагревают помещение, при температуре внешней среды до минус 30 градусов. И коэффициент преобразования энергии – от 2 и выше.

Но на практике не все так радужно.

Коэффициент преобразования, равный 2, означает, что на каждый затраченный кВт мощности мы должны получить взамен два кВт. Это значение, действительно, достижимо.

Вопрос только, при какой температуре забираемого воздуха и при каких условиях.

Ни один тепловой насос не может работать без дополнительного нагревательного элемента, преобразовывающего электрическую энергию в тепловую.

На деле, при наружной температуре минус 20 градусов, тепловой насос едва ли работает на 10-15%.

Остальная температура добирается за счет ТЭНа, то есть на 80% работает электрический котел.

тепловой насос для отопления дома купитьДопустим, заявленная мощность теплового насоса класса воздух-вода составляет 10 кВт.

По идее, этого должно быть достаточно, чтобы отопить дом площадью около 100 квадратных метров (какая труба для отопления частного дома лучше — написано здесь).

Эта мощность действительно достигается, но только когда температура окружающего воздуха составляет 7-8 градусов.

При температуре минус 20, выходная мощность вряд ли будет превышать 3.5-4 кВт.

Это значит, что когда на улице холодно, и мощности катастрофически не хватает, тепловой насос компенсирует ее недостаток за счет электрического нагревательного элемента.

Зато, когда температура за стенами жилого помещения поднимается до 7 градусов и выше, насос начинает выдавать заявленные 9.5-10 кВт.

Которые в данный момент не нужны. Кто хоть немного имел дело с электрическими котлами знают, что при температуре на улице 5-10 градусов, для обогрева дома достаточно чуть более 2 кВт.

То есть, нам нужно 2 кВт, насос выдает 10 кВт, а потребляет примерно 3.5 кВт. Вот такая вот эффективность получается.

Еще один нюанс – блок, находящийся снаружи, при работе в условиях низких температур нуждается в периодической оттайке.

тепловой насос воздух вода для отопления домаА для этого тоже нужно тепло, которое либо забирается напрямую из системы, либо необходимая температура достигается за счет электрического ТЭНа.

Получается, что тепловой насос работает с отрицательной эффективностью и при низких температурах, и при высоких.

Только при средних показателях, примерно, от минус 5 до плюс 5 градусов, коэффициент преобразования становится более-менее приемлемым.

Но этого явно недостаточно, чтобы использование насоса типа воздух-вода было экономически выгодно.

Сроки окупаемости

Чтобы подсчет был объективным и корректным, сравним расходы, которые придется понести, чтобы купить тепловой насос для отопления дома (цены) и электрический котел, использующий самый дорогой, на сегодня, энергоноситель.

Если взять цену самого насоса, необходимых комплектующих, заправки теплоносителем и монтажных работ, то получается, что за эти деньги мы сможем платить за потребляемую электрическим котлом энергию на протяжении, примерно, 15 лет.

купить тепловой насос для отопления дома ценаПлюс, в эту же сумму входит стоимость котла, который, примерно, в 20 раз дешевле, чем расходы на тепловой насос.

Что может случиться за 15 лет?

Вряд ли тепловой насос прослужит вам верой и правдой столь длительный срок.

А если даже и так, за это время, он безвозвратно, морально устареет.

В случае с электрическим котлом, нет необходимости выкладывать всю сумму сразу. Даже если она у вас есть, лучше положить ее в банк под проценты.

Через 15 лет, расходы на электричество, необходимые для отопления дома, будут почти полностью компенсированы.

Вывод

В настоящее время, использование теплового насоса нецелесообразно и невыгодно, так как он является убыточным, по сравнению с другими тепловыми агрегатами.

Скорее, его можно рассматривать как некую концепцию или идею.

[note]Затраты на сам тепловой насос и его работу будут в разы выше, чем при использовании любого другого энергоносителя.[/note]

Принцип работы теплового насоса «воздух-вода», посмотрите в видеосюжете.

One thought on “Отопление частного дома тепловым насосом — принцип работы

  • 28.09.2016 в 13:25
    Permalink

    Наиболее доступные по стоимости тепловые насосы воздух-вода. Они могут работать при температуре наружного воздуха до — 42 градуса С. Но, чем ниже температура, тем и КПД теплового насоса, тоже будет ниже, т. к. компрессор будет работать более продолжительное время.

    Ответ

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *