Отопление тепловой насос

Теплонасосные установки (тепловые насосы) — альтернативное отопление дома

Традиционные системы отопления становятся все менее выгодными и утрачивают свою актуальность. Сжигание газового или жидкого топлива в котлах, как никогда прежде, отягощает бюджет. Существенной экономии можно достичь, если использовать тепловые насосы для отопления дома. В них заложен принцип потребления бесплатной природной энергии, которая повсюду. Ее нужно только взять.

Эффективность вложений

Сжиженный газ и дизельное топливо не могут соперничать с тепловыми насосами ни по текущим затратам, ни по комфорту эксплуатации. Использование для отопления твердого топлива трудно поддается автоматизации и требует больших трудозатрат. Электроэнергия комфортный, но дорогой вид энергии. Для подключения электрического котла нужна отдельная мощная линия. До сих пор в отечественных условиях природный газ оставался наиболее востребованным и удобным видом топлива. Но он имеет ряд недостатков:

1. Оформление разрешений.
2. Согласование проекта в контролирующих органах и с соседями.
3. Часть операций по врезке и подключению могут выполнять только уполномоченные организации.
4. Периодическая поверка счетчика.
5. Ограниченное распространение сети и удаленность точек подключения.
6. Высокие затраты на прокладку питающей линии.
7. Газоиспользующее оборудование является источником потенциальной угрозы и требует регламентированного контроля.

Существенным недостатком теплового насоса можно считать только высокие капитальные вложения на этапе закупки оборудования и монтажа. Цена стандартной отопительной системы на тепловом насосе с геотермальным теплообменником складывается из стоимости работы бурильщиков и специфического оборудования с монтажом. В комплект входят:

• тепловой насос;
• комплект зондов;
• пропиленгликоль;
• бойлер косвенного нагрева для горячей воды;
• комплект насосного оборудования и автоматики.

Работы выполняются квалифицированным персоналом с профессиональным инструментом. Несколько более высокие первоначальные затраты уравновешивается серьезными достоинствами:

1. Теплонасосная установка очень экономична, что позволяет окупить дополнительные затраты всего за несколько сезонов.
2. Есть широкие возможности для реализации гибкого автоматизированного управления с минимумом обслуживания.
3. Комфорт использования.
4. Хорошая приспособленность для установки в жилых помещениях, благодаря эстетичному и современному дизайну.
5. Охлаждение помещений на базе того же комплекта оборудования.
6. При работе на охлаждение помимо активного режима работы есть возможность использования пониженной температуры природной воды и грунта для реализации пассивного режима без лишних затрат энергии.
7. Невысокая мощность оборудования не требует прокладки питающего кабеля большого сечения.
8. Отсутствие необходимости в разрешительной документации.
9. Возможность использования существующей разводки отопительных приборов.

На производство 1 кВт тепловой мощности достаточно затратить не более 250 Вт. Для отопления частного домовладения на 1 м.кв. площади потребляется всего около 25 Вт/час. И это с учетом горячего водоснабжения. Еще больше повысить энергоэффективность можно путем улучшения теплоизоляции дома.

Как это работает

Тепловой насос, принцип работы которого основан на цикле Карно, расходует энергию не на нагрев теплоносителя, а на перекачивание внешнего тепла. Технология не нова. Тепловые насосы трудятся в наших домах в составе холодильников уже десятки лет. В холодильнике тепло из камеры перемещается наружу. В новейших отопительных установках реализуется обратный процесс. Несмотря на низкую температуру за бортом, энергии там предостаточно.

Забирать тепло у более холодного тела и отдавать его более горячему становиться возможным, благодаря свойству вещества потреблять энергию при испарении и выделять ее при конденсации, а также повышать свою температуру в результате сжатия. Необходимые условия для кипения и испарения создаются путем изменения давления. В качестве рабочего тела используют жидкость с низкой температурой кипения – фреон.

В тепловом насосе преобразования происходят в 4 этапа:

1. Охлажденное ниже температуры внешней среды жидкое рабочее тело циркулирует по контактирующему с ней змеевику. Жидкость нагревается и испаряется.
2. Газ сжимается компрессором, в результате чего его температура превышается.
3. В более холодном внутреннем змеевике происходит конденсация с выделением тепла.
4. Жидкость перепускается через дросселирующее устройство для поддержания разности давлений между конденсатором и испарителем.

Практическая реализация

Непосредственный контакт испарителя и конденсатора с внешней и внутренней средой не характерен для систем отопления на базе тепловых насосов. Передача энергии происходит в теплообменниках. Прокачиваемый по внешнему контуру теплоноситель отдает тепло холодному испарителю. Горячий конденсатор передает его в систему отопления дома.

Эффективность такой схемы сильно зависит от разности температур внешней и внутренней сред. Чем она меньше, тем лучше. Поэтому тепло редко отбирают у наружного воздуха, температура которого может быть очень низкой.

По месту забора энергии различают установки следующих типов:

• «грунт-вода»;
• «вода-вода»;
• «воздух-вода».

В качестве теплоносителя в грунтовых и водяных системах используют безопасные незамерзающие жидкости. Это может быть пропиленгликоль. Использование этиленгликоля для таких целей не допускается, так как при разгерметизации системы он вызовет отравление почв или водоносных горизонтов.

Установки «грунт-вода»

Уже на небольшой глубине температура грунта мало зависит от погодных условий, поэтому грунт является эффективной внешней средой. Ниже 5 метров, условия не меняются в любое время года. Различают 2 типа установок:

• поверхностный;
• геотермальный.

В первых на участке роются протяженные траншеи на глубину ниже уровня промерзания. В них кольцами раскладываются пластиковые трубы сплошного сечения и засыпаются землей.

В геотермальных системах теплообмен происходит на глубине, в скважинах. Высокие и постоянные температуры в глубинах земли дают хороший экономический эффект. На участке бурятся скважины глубиной от 50 до 100 м в необходимом по расчету количестве. Для одних строений может быть достаточно 1 скважины, для других и 5 будет мало. В скважину опускаются теплообменные зонды.

Установки «вода-вода»

В таких системах используется энергия незамерзающей зимой воды на дне рек и озер или грунтовых вод. Различают 2 типа водяных установок в зависимости от места реализации теплообмена:

• в водоеме;
• на испарителе.

Первый вариант является наименее затратным в плане капитальных вложений. Трубопровод просто погружается на дно близлежащего водоема и фиксируется от всплытия. Второй применяют при отсутствии в непосредственной близости водоемов. Бурят 2 скважины: расходную и приемную. Из первой вода перекачивается во вторую через теплообменник.

Установки «воздух-вода»

Воздушный теплообменник устанавливается просто рядом с домом или на крыше. Через него прокачивается наружный воздух. Такие системы менее эффективны, но дешевы. Улучшить характеристики помогает установка в подветренных местах.

Самостоятельная сборка системы

При большом желании можно попробовать установить тепловой насос своими руками. Приобретается мощный фреоновый компрессор, бухта медных труб, теплообменники и другие расходные материалы. Но тонкостей в этой работе много. Состоят они не столько в выполнении монтажных работ, сколько в правильном расчете, настройке и балансировке системы.

Достаточно неудачно подобрать фреоновую магистраль, чтобы попавшая в компрессор жидкость мгновенно вывела его из строя. Сложности также могут возникнуть с реализацией автоматического регулирования производительности системы.

Принцип работы и устройство теплового насоса

Тепловой насос — это машина, которая способна перенести тепло из более холодной среды (воздух, земля, вода из общей сети, промышленные стоки) в более горячую (вода, воздух) с целью отопления или охлаждения. Тепловые насосы переводят низкотемпературную энергию в высокотемпературную энергию и обратно.

Передача тепла производится рабочим телом — хладагентом (фреоном). Электрическая энергия тратится лишь на перемещение хладагента по системе с помощью компрессора.

Принцип работы теплового насоса основывается на термодинамическом цикле Карно. Охлаждение и обогрев в тепловых насосах обеспечивается компрессионным циклом, то есть непрерывной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замкнутой системе. Кипение хладагента происходит при низком давлении и низкой температуре, а конденсация — при высоком давлении и высокой температуре. В испарителе происходит отбор низкопотенциальной энергии у источника с относительно низкой температурой, а в конденсаторе — выделение «концентрированной» энергии в систему распределения тепла здания.

• 1. Теплоноситель, проходя по трубопроводу, уложенному, например, в землю нагревается на несколько градусов (рисунок 2.1). Внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник, называемый испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса.
• 2. Внутренний контур теплового насоса заполнен хладагентом. Хладагент, имея очень низкую температуру кипения, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газ. Это происходит при низком давлении и низкой температуре.
• 3. Из испарителя газообразный хладагент попадает, в компрессор, где он сжимается, его температура повышается.
• 4. Далее горячий газ поступает во второй теплообменник (конденсатор). В конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам.
• 5. При прохождении хладагента через редукционный клапан — давление понижается, хладагент попадает в испаритель, и цикл повторяется снова.

Тепловые насосы — это экологически чистые компактные соле-водяные установки, позволяющие получать тепло для отопления и горячего водоснабжения за счет использования тепла низкопотенциального источника (тепло грунтовых, артезианских вод, озер, морей, грунтовое тепло, тепло земных недр) путем переноса его к теплоносителю с более высокой температурой.

Теплонасосы оснащены циркуляционными насосами — как для контура рабочей жидкости, так и для водяного контура системы отопления. Для обеспечения оптимальной выработки тепла теплонасосы укомплектованы автоматизированной системой управления — при помощи датчиков температура в отопительной системе подстраивается под изменения наружной температуры.

Тепловые насосы используются в холодное время года для отопления помещения, а в теплое время года их используют для охлаждения воздуха в доме. Принцип работы такого насоса при охлаждении помещения такой же, как и при отоплении. Только тепло в этом случае забирается из воздуха в помещении и отдается земле или водоему.

Эффективность работы теплового насоса определяется соотношением полученной потребителями тепловой энергии к затраченной электрической и называется коэффициентом преобразования КОП. Основными параметрами, определяющими величину КОП являются температуры низкопотенциального источника (НИТ) и системы отопления или горячего водоснабжения. В качестве низкопотенциального источника теплоты может использоваться: речная и морская вода, грунтовые воды, вода очистных сооружений, технологические воды промышленности и непосредственно воздух и тепло земли.

Основными элементами теплового насоса являются: компрессор, конденсатор, испаритель, регулятор потока и клапан.

Компрессор теплового насоса всасывает парообразный хладагент, поступающий от испарителя, при низкой температуре и низком давлении, производит его сжатие, повышая давление, и направляет затем к конденсатору. В зависимости от условий работы теплового насоса, давление паров хладагента на выходе из компрессора может составлять 15 — 25 атм, а температура 70 — 90 ?С.

Конденсатор представляет собой теплообменный аппарат, который передает тепловую энергию от хладагента окружающей среде (воде или воздуху). Тепловая энергия, передаваемая хладагентом через конденсатор, складывается из тепла, поглощенного испарителем холодного контура, тепла, вырабатываемого компрессором при сжатии хладагента. Второй рабочей средой конденсатора помимо хладагента может служить окружающий воздух или жидкость.

Испаритель — теплообменник, который служит для охлаждения рабочей среды — воздуха или воды, то есть забирает энергию у низкопотенциального источника. Эти теплообменники подразделяются на испарители для охлаждения воды или жидкостей, содержащих антифриз, и для охлаждения.

Вентилятор обеспечивает обдув воздухом конденсатора и испарителя.

Регулятор потока служит для дозированной подачи жидкого хладагента из области высокого давления (от конденсатора) в область низкого давления (к испарителю).

Четырехходовый (реверсивный) клапан переключает направление потоков хладагента для изменения работы машины с режима обогрева на режим охлаждения и обратно.

В теплонасосной установке работают одновременно три независимых гидравлических контура: первый контур осуществляется в компрессоре за счет движения фреона; второй контур (низкопотенциальный) — связывает испаритель и низкопотенциальный источник теплоты (тепло грунта и т.д.); третий контур (высокотемпературный) — связывает конденсатор с системой отопления здания.

Тепловой насос осуществляет передачу внутренней энергии от энергоносителя с низкой температурой к энергоносителю с более высокой температурой. Поскольку в соответствии со вторым основным законом термодинамики тепловая энергия без каких-либо внешних воздействий может переходить только с высокого температурного уровня на более низкий, для осуществления теплонасосного цикла необходимо использовать приводную энергию. Поэтому процесс передачи энергии в направлении, противоположным естественному температурному напору, осуществляется в круговом цикле.

Детально принцип действия парокомпрессионного фреонового теплового насоса (наиболее распространенного типа) проиллюстрирован на прилагаемой схеме (рисунок 2.1). В качестве промежуточного теплоносителя, посредника в передаче тепла от НПТ к ВПТ в тепловом насосе используют фреоны R12, R134a, R142 (последние два безопасные).

Рассмотрим работу ТН, следуя приведенному рисунку.

1 — испаритель; 2 — конденсатор; 3 — компрессор; 4 — электропривод компрессора; 5 — регулирующий клапан

Структурная схема теплового насоса

Компрессор сжимает газообразный фреон, поступающий из испарителя (с давления в P2=3 атм до P1=16 атм), обеспечивая его конденсацию (при 65 0С) для достижения необходимой температуры нагрева ВПТ (до 60 0С). При сжатии в компрессоре газообразный фреон нагревается (до 80 0С). Эта работа (W) сжатия газа идет на повышение энергии фреона, циркулирующего в тепловом насосе.

Конденсатор (теплообменник) предназначен для конденсации паров фреона. В конденсаторе:

• — фреон охлаждается до температуры конденсации, отдавая часть тепловой энергии (Q1);
• — дальнейшее охлаждение паров фреона (обратной водой системы отопления) приводит к его конденсации (сжижению). При конденсации выделяется тепло (Q2). Полученную энергию (Q1+Q2) используют для нагрева воды (с 40 0С до 60 0С) в системе теплоснабжения.

В дросселе давление жидкого фреона снижается до давления (P2=3 атм), при котором возможно испарение фреона в испарителе (при Т = 0 0С).

В испарителе (теплообменнике) жидкий фреон испаряется (при Т = 0 0С). Для испарения требуется энергия. Эта энергия (Е) отнимается у охлаждаемой артезианской воды, так как ее температура (8 0С) выше температуры (0 0С) кипящего в испарителе фреона. Пары фреона поступают в компрессор. Цикл завершен.

Термодинамически тепловой насос представляет собой обращённую холодильную машину и, по аналогии, содержит испаритель, конденсатор и контур, осуществляющий термодинамический цикл. Основные типы термодинамических циклов — абсорбционный и, наиболее распространённый, парокомпрессионный. Термодинамический цикл теплового насоса в T-S диаграмме представлен на рисунке 2.

• 1-2 сжатие в компрессоре
• 2-3 отвод тепла к потребителю
• 3-4 расширение через дроссель
• 4-1 подвод тепла от низкопотенциального источника.

Схема парокомпрессионного теплового насоса (ТН) и процесс в T-s диаграмме

Как и холодильная машина, тепловой насос потребляет энергию на реализацию термодинамического цикла (привод компрессора). Коэффициент преобразования энергии (КПЭ) теплового насоса — отношение теплопроизводительности к электропотреблению — зависит от уровня температур в испарителе и конденсаторе и колеблется в различных системах в диапазоне от 2,5 до 7, т.е. на 1 кВт затраченной электрической энергии тепловой насос производит от 2,5 до 5 кВт тепловой энергии.

Температурный уровень теплоснабжения от большинства типов распрастраненных тепловых насосов составляет 35-60°С. Однако при применении низкотемпературного теплоносителя с температурой порядка +30°С — +40°С и специальных хладоагентов (типа НТR -01) получен на выходе из конденсатора температурный уровень теплоносителя порядка до+85°С.

Теплонасосные установки, осуществляя обратный термодинамический цикл на низкокипящем рабочем веществе, черпают возобновляемую низкопотенциальную тепловую энергию из окружающей среды, повышают ее потенциал до уровня, необходимого для теплоснабжения, затрачивая в 1,2…2,3 раза меньше первичной энергии, чем при прямом сжигании топлива. Применение теплонасосных установок — это и сбережение невозобновляемых энергоресурсов, и защита окружающей среды, в том числе и путем сокращения выбросов СО2 (парникового газа) в атмосферу. Тепловые насосы вышли из недр холодильной техники и, как правило, создаются и выпускаются заводами холодильного машиностроения. Это одно из важнейших пересечений техники низких температур с энергетикой.

Теплонасосные установки целесообразно использовать при переходе к децентрализованным системам теплоснабжения (без протяженных дорогостоящих тепловых сетей), когда тепловая энергия генерируется вблизи ее потребителя, а топливо сжигается вне населенного пункта (города). Внедрение таких экономичных и экологически чистых технологий теплоснабжения необходимо в первую очередь во вновь строящихся районах городов и в населенных пунктах при полном исключении применения электрокотельных, потребление энергии которыми в 3-4 раза превышает потребление ее теплонасосными установками.

Важнейшая особенность теплонасосных установок — универсальность по отношению к виду используемой энергии (электрической, тепловой). Это позволяет оптимизировать топливный баланс энергоисточника путем замещения более дефицитных энергоресурсов менее дефицитными.

Еще одно преимущество теплонасосных установок — широкий диапазон мощности (от долей до десятков тысяч киловатт), перекрывающий мощности любых существующих теплоисточников, в том числе малых и средних ТЭЦ.

Для сопоставления эффективности тепловых насосов и традиционных генераторов теплоты, например котельных, а также сравнения тепловых насосов разных принципов действия, например парокомпрессионного с приводом компрессора от электродвигателя и абсорбционного, потребляющего тепловую энергию, применяют обобщенный критерий — коэффициент использования первичной энергии К. Он определяется как отношение полезной теплоты теплового насоса к теплотворной способности израсходованного топлива (7 Гкал на 1 т условного топлива; 1 Гкал = 4,1868-109Дж).

Парокомпрессионные тепловые насосы с приводом от теплового двигателя, например от газовой турбины или дизельного двигателя, оказываются более экономичными. Хотя КПД этих двигателей не превышает 35%, при работе в составе теплового насоса может быть утилизирована и направлена в общий поток среды, нагреваемой тепловым насосом, большая част потерь, которые воспринимаются смазкой, охлаждающей двигатель жидкостью и выхлопными газами. В результате коэффициент использования первичной энергии привода возрастает в 1,5 раза, а экономичность теплового насоса обеспечивается при Е > 2,0.

В тепловых насосах абсорбционного типа вместо компрессора с механическим приводом используют систему, которую называют «термокомпрессор». Ее преимущество — возможность использования тепловой энергии.

Зачем нужен насос для отопления частных домов

Вопрос, для чего необходим циркуляционный насос в системе отопления частного дома, сегодня встречается не так часто. Потребители давно поняли, что этот небольшой прибор решает многие проблемы, связанные с эффективной работой отопительной системы в целом.

Во-первых, с его помощью увеличивается коэффициент полезного действия. Во-вторых, есть возможность сэкономить на материалах и элементах отопления. Обо всем этом ниже.

Особенности принудительной циркуляции

Установленный в систему циркуляционный насос создает внутри небольшое давление. При этом теплоноситель движется с небольшой скоростью, равномерно распределяя тепло по всем радиаторам.

Неужели естественная циркуляция теплоносителя не может распределить тепловую энергию равномерно?

Может, но ввиду того, что строящиеся загородные частные дома становятся все больше в размерах, а соответственно схемы разводки трубных магистралей становятся все сложнее, теплоносителю все труднее преодолевать конфигурации трубных схем. И в таких домах без циркуляционного насоса просто не обойтись.

Преимущества

Под действием насоса теплоноситель быстрее проходит по всему контуру системы отопления, возвращаясь в нагревательный котел. При этом его температура не будет низкой. А значит, нагревать не сильно охлажденный теплоноситель будет проще. Меньше затрат на потребление топлива.

Для естественной циркуляции теплоносителя необходим большой его объем, чтобы в массе своей он смог держать необходимую температуру. Соответственно для нормальной работы отопительной системы в частном доме понадобятся трубы с большим диаметром, радиаторы с широкими полостями, запорная арматура под стать трубам.

Для системы, в которой установлен насос, нет необходимости держать большой объем теплоносителя. Поэтому можно спокойно использовать трубы и запорную арматуру с меньшим диаметром. А это снижение цены на все изделия и экономия на материалах.

Недостатки

В принципе, недостаток у такого отопления всего лишь один – это энергозависимость. Работает устройство от электрического тока. Во-первых, это пусть и небольшие, но затраты. Во-вторых, при отключении подачи тока насосный агрегат перестает работать.

Конечно, мастера, учитывая данную ситуацию, устанавливают байпас, через который отопление начинает работать по принципу естественной циркуляции горячей воды. А это снижение эффективности работы, плюс снижение КПД.

Подбор прибора

Ответственный момент – это правильно рассчитать мощность устанавливаемого насоса. Здесь учитывается два показателя:

• объем перегоняемой массы воды, м³/ч;
• напор, измеряемый в метрах.

Сделать правильный расчет, если вы в этом деле неспециалист, очень сложно. Здесь приходится учитывать сложность схемы разводки трубных магистралей, количество радиаторов и запорной арматуры, мощность отопительного котла, материалы, из которых изготовлены трубы и другие приборы отопления. Поэтому этот этап лучше всего переложить на плечи профессионала.

Если все-таки вы решили взять ответственность на себя, тогда лучше всего приобрести насос, в котором можно переключать скорости перемещения теплоносителя.

Идеальный вариант – с автоматической регулировкой. Стоит такой прибор в разы дороже обычного образца, зато вы спокойны, что можете сами настроить его под необходимые параметры отопительной системы дома.

Пример расчета

Перед тем как выбрать насос, необходимо провести следующий расчет. К примеру, отопительный котел установлен в подвальном помещении. Ваш дом – это двухэтажное строение. Система отопления – это однотрубная разводка.

То есть, получается так, что самая высокая точка отопительной системы – это верхние края радиаторов, установленных на втором этаже. Это притом, что в доме установлена закрытая система отопления.

Расчет напора

От трубы обратного контура, которая входит в котел (именно этот участок и является местом установки прибора) необходимо замерить расстояние до верхнего края радиатора второго этажа. Это и будет напор насосного устройства. По сути, получится так:

• 2,5 м – высота подвала;
• 3 м – высота первого этажа;
• два перекрытия – 0,5 м;
• расстояние от пола до верхнего края радиатора – 0,6 м.

Сумма равна 6,6 м. Значит, вам потребуется насос с напором 7 м.

Расчет мощности

Для этого необходимо знать отапливаемую площадь частного дома. Для примера пусть будет 200 м². Чтобы в частном доме было тепло, необходимо придерживаться соотношения: 1 кВт тепловой энергии на 10 м². То есть, вам потребуется 20 кВт.

Следующий показатель – разница температур на подающем и обратном контуре. Специалисты рекомендуют в пределах 10 °C. То есть, если на выходе из котла температура теплоносителя будет +70 °С, то при входе +60 °С. Теперь проводите вот такое математическое действие: 20:10=2. Это и есть мощность насоса, измеряемая в м³/ч.

Как видите, выбрать насос не так уж и сложно. Конечно, это простейший расчет без учета различных нюансов. Но его можно взять за основу, приплюсовав 20% на всякий случай.

Монтаж

Заниматься установкой циркуляционного насоса самостоятельно, если вы не знаете всех нюансов монтажного процесса, лучше не стоит. Но ознакомиться с технологией и последовательностью нужно.

Место установки

Насос устанавливается на обратке рядом с отопительным котлом. Это делается с одной-единственной целью – снизить температурные нагрузки на уплотнители, манжеты и прокладки, которые используются в конструкции самого агрегата. Под действием высоких температур они быстро выходят из строя.

Существует два типа устройств: с мокрым ротором и сухим. Обычно первый вариант это маломощные насосы, используемые для отопления небольших частных домов. Его врезают прямо в трубопровод, соединяя с двух сторон резьбой. Второй – это более мощная установка. Такие насосы чаще всего соединяются при помощи фланцев.

Запорная арматура и фильтр

Насос отсекается от трубы двумя вентилями (шаровыми кранами), которые при необходимости проведения ремонта, закрываются.

Обязательно устанавливается байпас. Это труба, которая соединяет трубопровод, минуя насосную установку. На байпас обязательно монтируется вентиль. Он перекрывает течение теплоносителя, когда работает насос. И открывает, когда прибор перестает работать или в процессе ремонта. То есть, байпас работает в экстренных случаях, чтобы отопление не прекращалось, если остановился сам насос.

Сегодня нередко перед насосом монтируется фильтр грубой очистки. Он отвечает за качество теплоносителя.

Популярные производители

Вопрос, как выбрать, затрагивает не только технические характеристики прибора. Чаще всего под ним потребители понимают марку или производителя. Современный рынок предлагает достаточно широкий ассортимент. Здесь и зарубежные аналоги, и отечественные. Вот только несколько моделей.

Итальянский насос Aquario

Его модель AC204-130 одна из самых популярных. Используют для небольших частных домов. Его мощность – 2,4 м³/ч, напор до 3 м, потребляемая мощность 0,64 кВт, вес 3,4 кг.

Соединение фланцевое, имеет три скоростных режима.

Итальянский прибор DAB VA-VB-VD

У него широкий диапазон технических характеристик: напор до 6 м при мощности от 0,5 до 3,3 м³/ч.

Этот образец снабжен специальным тепловым реле, который отключает насос, если тот начинает перегреваться. Многие специалисты советуют выбрать именно эту модель.

Grundfos

Датская компания Grundfos предлагает насосы пяти модификаций. В России большую популярность завоевала модель UPS, как самая экономичная в плане потребления электроэнергии (0,55 кВт).

При этом ее напор 3 м, и объем перекачиваемого теплоносителя 3 м³/ч.

Российские модели

Из отечественных производителей необходимо выделить насосы марки «Хозяин» из Подольска и «Циркуль» от компании «Джилекс». Несколько технических характеристик:

• Хозяин 4.25.180 – напор 4,2 м, мощность 3 м³/ч;
• Хозяин 8.32.180 – напор 8 м, мощность 9,6 м³/ч;
• Циркуль 25/40 (напор 4 м, объем 2,5 м³/ч) – самый маленький образец;
• Циркуль 32/80 (напор 8 м, объем 3,2 м³/ч) – самый большой.

Обе марки производят насосы, которые соединяются с трубопроводом фланцевым соединением.
Итак, зная марки и модели, предлагаемые производителями, можно правильно выбрать насос, учитывая не только его технические характеристики, но и цену.

Подбор циркуляционного насоса для отопления: модификации, производители, характеристики и цены

Оценок 0 14 Мая 2018 2018-05-14 10234 Время чтения 13 минут Прочитать позже

Отправим материал на почту

Заказать монтаж системы отопления загородного коттеджа Оставить заявку

Бесперебойное и безопасное функционирование системы отопления загородного коттеджа – один из первых и важнейших вопросов, которые надо решать при проектировании инженерных систем. Поэтому очень важно знать, как выбрать циркуляционный насос для отопления частного дома, какие при этом нужно учитывать параметры, как обойти подводные камни при эксплуатации.

Циркуляционные насосы для системы отопления Источник ms.decorexpro.com

Когда необходим циркуляционный насос

Циркуляционный насос обеспечивает заданную скорость потока энергоносителя в автономной системе отопления (в центральной системе эту роль выполняют промышленные агрегаты). Необходимость в нем возникает уже при наличии одного из следующих факторов:

• разводки из 2-х и более контуров;

• продолжительности трассы более 50 м;

• хотя бы при 1 перепаде уровня;

• наличие сложного контура (система теплый пол);

• обогрев 2 и более этажей;

• установка котла в подвальном помещении;

• в системе отопления со свободным движением энергоносителя при разнице температуры между входящим потоком и обратным более 15-20 ºС;

• при разнице температур более 1-2 ºС в радиаторах одной системы.

Циркуляционный насос за короткое время создает нужную скорость движения теплоносителя во всех контурах, обеспечивая равномерное распределение температуры. Разница между выходной и входной температурой при правильной установке должна составлять около 10 ºС, что экономит топливо и обеспечивает бережную эксплуатацию котла. Эффективность системы увеличивается в среднем на 20-50 %, что становится заметно и в стабильной температуре помещения, и в экономии денежных средств.

Современный циркуляционный насос не занимает много места Источник centermira.ru

Принцип работы

Циркуляционные насосы для отопления частных домов представляют собой закрытую конструкцию, состоящую из электрического двигателя и рабочего органа – махового колеса или ротора.

Вода поступает в полость (углубление) насоса, где ей придается центробежное движение движущимися лопастями. Далее вода попадает в спиральный канал и по инерции с уже приобретенной скоростью, спиралевидным потоком, снижающим гидравлическое сопротивление, поступает далее. В этом месте создается разрежение, куда засасывается новая порция воды.

Модификации насоса и технические параметры

Исходя из особенностей конструкции, насосы характеризуется производительной мощностью двигателя, типом ротора и управления.

Двигатель

Точный расчет параметров двигателя выполняется для конкретной отопительной системы, но общее правило подбора простое – мощность пропорциональна производительности (размера) рабочей части.

Ротор или маховое колесо

Существует 2 принципа работы ротора:

• Сухой. Трущиеся детали и сам ротор находится в герметично закрытом корпусе, – с водой соприкасаются только лопасти, создающие поток. Такие модели характеризуются высокой мощностью, эффективностью, но более чувствительны к механическому загрязнению энергоносителя. Требуется прохождение ежегодной технической профилактики электродвигателя. Кроме того, их установка должна проводиться удалено от жилых комнат из-за повышенного уровня шума.

Циркуляционный насос с сухим ротором – двигатель и нагнетатель расположены в разных корпусах Источник m.2gis.ru

• Мокрый. Наиболее распространенный тип за счет неприхотливости в обслуживании, стоимости и разнообразия моделей. В открытой конструкции движущиеся детали (подшипники, валы, ротор и т. д.) находятся в воде, которая одновременно является для них смазочным материалом и охладителем для двигателя. Используются соответствующие нержавеющие сплавы, прокладки из водостойких материалов. Система менее прихотлива к механическим примесям в энергоносителе, а срок службы бытового прибора рассчитан на 7 лет.

В насосе с мокрым ротором двигатель и нагнетатель расположены в одном корпусе Источник aquazoom.com.ua

Управление работой

Управление насоса – это выбор скоростных режимов, от которых зависит эффективность всей системы. Для подогрева используется минимальный режим, в то время как при низких температурах быстрый отвод тепла требует увеличения скорости. Для регулирования этого процесса используется 2 типа управления:

1. Механический. Выбор скорости производится самостоятельно, а переключение вручную. Такое управление эффективно для небольших контуров, где реагирование на изменение скорости происходит быстро. Насос для отопления в частном доме, чаще всего, приобретается с таким управлением благодаря невысокой стоимости и более высокой ремонтопригодности.

2. Умные модернизированные модели управляются системой автоматики, которая в зависимости от температуры теплоносителя регулирует скорость потока. Стоят они дороже, но при установке многокомпонентных систем с коллекторами, он незаменимы. Кроме этого они увеличивают энергоэффективность на 25-35 %.

Каждый производитель использует свои разработки, способствующие безаварийной работе в течение срока годности, поэтому цены на модели с одинаковыми характеристиками отличаются, также как и качество оборудования.

У внешне одинаковых насосов могут быть совершенно различные характеристики Источник giropark.ru

Снижение стоимости в более дешевых фирмах происходит за счет минимального запаса прочности. Чаще всего это подразумевает уменьшение толщины на неответственных элементах деталей, использование менее прочных и дешевых материалов, которых хватает только на указанный срок эксплуатации. Выбор фирмы–производителя во многом определяет качественные характеристики изделия. Сориентироваться в них можно, прочитав отзывы или углубившись в изучение используемых для деталей материалов.

На нашем сайте Вы можете найти контакты строительных компаний, которые предлагают услугу утепления домов. Напрямую пообщаться с представителями можно посетив выставку домов «Малоэтажная Страна».

Что учитываем при выборе

Как подобрать циркуляционный насос для системы отопления частного дома, и какие для этого нужно знать параметры. Поскольку насос – это силовой агрегат, то первым критерием выбора будет его мощность. Далее определяемся с типом ротора, и в последнюю очередь, с типом управления.

Для определения мощности необходимо знать параметры отопительной системы. Для крупных объектов: промышленных, многоэтажных – проводится измерения. В частных домах такая точность не нужна, поэтому достаточно знать:

• Производительность котла. Расчет производится теоретически по формуле: W тепловая котла * К пропускной способности (1л/мин=60л/час). Для 25 кВт 25*60= 1500 л/час; для 40 кВт 40*60= 2400 л/час.

Характеристики котла, которые можно использовать для предварительных расчетов, указываются в инструкции Источник torg.ukr.bio

• Напор. Указывается в метрах водяного столба. Для этого расчета нужно измерить общую протяженность контура и умножить на коэффициент 0,6 (10 погонных метров соответствуют 0,6 м в.ст.). Для контуров одноэтажного дома достаточно стандартного оборудования 6 м в.ст., в то время как 2;- и более этажей требуют установки станции или нескольких насосов.

• Тип ротора. Влияет на стоимость и последующее обслуживание. Увеличенный КПД позволяет использовать его в сложных системах. Но с учетом возможности удаленной установки и регулярного обслуживания.

• Управление. Также влияет на стоимость самого агрегата, но удобство и эффективность с лихвой покрывают это недостаток. В сложных системах рекомендуется использовать только этот тип управления.

• Клапан сброса давления и воздуха. Устанавливается не во всех моделях, но за эту функцию можно и переплатить, так как она предотвращает включение насоса «всухую» и обеспечивает безаварийную остановку при отключении электроэнергии (вода нагревается до критической температуры, увеличивается давление и открывает выпускной клапан).

Клапан сброса давления может быть установлен отдельно Источник ro.decorexpro.com Это может быть интересно! В статье по следующей ссылке читайте про насос для септика.

Производители

Насосы этой категории, вне зависимости от фирмы, после окончания эксплуатационного срока подлежат замене, так как велика вероятность остановки из-за внезапных поломок. Разделение агрегатов проводится по производителям, так как каждый из них акцентирует внимание на производительности, стоимости и надежности, то и конечные характеристики насоса отличаются.

Европейские – как правило, все работают в среднем или высоком ценовом сегменте и предлагают высокое качество. Снижение цены происходит за счет оптимальных конструктивных решений и маркетинговой политики, в том числе и переноса производства в Китай.

• Высоким качеством и работоспособностью выделяется немецкий производитель Grundfos – эти модели оснащаются энергосберегающими технологиями. Заявленный срок эксплуатации не менее 10 лет.

• Компания Wilo также выпускает качественные промышленные и бытовые модели, в основном с электронным управлением.

• DAB – Италия. При регулярной профилактике, насосы работают безотказно. Компанией затрачивается много средств для устранения шума в насосах сухого типа.

Европейские производители циркуляционных насосов Источник obzortop.com

Китайские – кроме цены стоит обратить внимание на компанию.

• Хорошо зарекомендовали себя модели компании Oasis. В первую очередь это стоимость, которая меньше российских и европейских аналогов на 30 %. При этом гарантирована работа на протяжении заявленного срока эксплуатации.

Российские – также как и остальные участники, работают согласно европейских ГОСТов и выполняют все требования по безопасности.

• Среди российских производителей наиболее известна фирма «Саблайн Сервис» бренд UniPump. Изготавливает насосы различной направленности. Модели отличаются невысокой стоимостью и использованием наиболее рациональных технологий.

• Wester принадлежит компании «Импульс». Выпускает продукцию в ограниченном ассортименте. Насосы отличаются хорошей сборкой и использованием деталей с высоким запасом прочности.

• Компания Джилекс модели «Хозяин» и «Циркуль». В линейке присутствуют насосы для небольших контуров и 2;-3 этажных систем.

Это может быть интересно! В статье по следующей ссылке читайте про расчет отопления частного дома.

Где правильно устанавливать насос

При установке насоса для отопления частных домов, как выбрать место монтажа это не менее важный вопрос, чем непосредственно характеристики оборудования. Здесь нужно учитывать принцип работы агрегата, тип системы и количество ее контуров.

Один из вариантов подключения циркуляционного насоса в систему отопления Источник akademy-heat.ru

Насос можно устанавливать как на входе, так и на выходе, обеспечивая удобный доступом к нему для проведения технических осмотров и профилактик. В большинстве случаев предпочитают устанавливать насосы на входе, чтобы насос перекачивал воду с меньшей температурой, но основной критерий – это все-таки удобство обслуживания.

Видео описание

Наглядно про установку насосов на подаче или обратке в видеоролике:

Важно! Установка насоса между радиаторами или перед расширительным бачком создает вихревые потоки, которые нарушают направление движения, образуя перепады температур в различных частях системы. Поэтому очень важно, чтобы насос находился между котлом и:

• системой радиаторов;

• коллектором;

• расширительным бачком.

В двухконтурной системе, с подключением «теплых полов», на каждый контур устанавливается отдельный насос.

На каждый контур отопления устанавливается свой насос Источник obzortop.com

Рекомендации по установке для всех типов систем

Существуют рекомендации по установке всех типов насосов:

• Монтаж системы, в которую входит циркуляционный насос, проводится с подключением резервного электропитания с запасом работы 4-6 часов.

• Для 1;-2– контурных систем обязательна установка байпаса, так как при отключении электричества она обеспечит естественное движение потока энергоносителя в системе.

Для справки! Байпас это – обвод, небольшой участок трубы с запорной или регулируемой арматурой, иногда с обратным клапаном. Встраивается в обход циркуляционного насоса и при его остановке обеспечивает свободное движение потока.

• Проверять работу насоса можно только при заполненной системе. Основной показательно правильной установки – равномерное распределение тепла между всеми радиаторами.

• Насосы с мокрым типом ротора устанавливаются в вертикальном положении.

Обычно производители иллюстрируют как надо правильно устанавливать насос Источник as-elit.ru

• Обязательна установка фильтра грубой, и желательна установка тонкой очистки.

• Насос должен находиться в доступном для обслуживания месте.

• После проведения всех расчетов добавьте 20 % от номинальной мощности, так вы обеспечите щадящую работу оборудования в оптимальном режиме 85-90 %, исключая работу на пределе возможности.

Это может быть интересно! В статье по следующей ссылке читайте про дровяные котлы для отопления дома.

Котлы на твердом топливе

Этот тип требует отдельного рассмотрения. При отключении электричества происходит остановка насоса, но нагревание энергоносителя в котле продолжается: невозможно быстро погасить горящие дрова или уголь, через 3-5 минут температура достигнет критических показателей и сработает клапан сброса давления. Если насос установлен на выходной трубе сброс происходит через 4-6 минут, в то время как его установка на обратке увеличивает это время до получаса.

Наглядно про установку насоса в системе с твердотопливном котлом в следующем видео:

Ценовой фактор

При выборе циркуляционного насоса имеет значение стоимость самого устройства и его экономичность при эксплуатации. Как правило, работа насоса оправдывается экономией на расходе топлива, а стоимость на саму модель определяется его работоспособностью. По Москве разбег цен на насосы очень большой. Условно из можно разбить на 3 категории:

• За 3,5-7 тысяч рублей можно купить базовые функции, с минимальным сроком работы и чаще всего одноразового использования;

Сравнение характеристик насосов эконом сегмента Источник ms.decorexpro.com

• Приборы за 7,5-20 тысяч – это «рабочие лошадки», точно обеспечивающие заявленные характеристики, со сроком работы не меньше указанного производителем и с несколькими степенями защиты и оптмальным запасом прочности;

• VIP–системы с полной автоматизацией, набором дополнительных функций, высоким запасом прочности и возможностью обеспечить теплом большой объем обойдутся уже по стоимости от 20 до 45 тысяч рублей.

И еще некоторые размышления про циркуляционные насосы в следующем видео:

Преимущества отдельной насосной установки

Использование нагнетательного оборудования оправданно с точки зрения экономии топлива и повышения КПД котла, поэтому многие компании встраивают насосные установки в котлы. Но отдельная установка агрегата имеет свои преимущества: быстрая замена без снятия котла, возможность контролировать процесс при возникновении внештатных ситуаций (например, использование байпаса). Кроме этого насос можно установить в систему, не предусмотренную проектом на начальном этапе.

Это может быть интересно! В статье по следующей ссылке читайте про то, как утеплить дом из бруса изнутри.

Несмотря на кажущуюся простоту выбора, параметры насоса должны быть технически оправданны, для чего проводятся математические вычисления с учетом законов теплотехники, особенностей индивидуальности системы, поэтому точный выбор должен сделать специалист, который учитывает все факторы исходя не только из теоретических знаний, но также и из практического опыта.

Оценок 0 Прочитать позже
Энергоэффективность геотермального насоса, работающего по принципу земля-вода, зависит от правильного расположения, глубины, диаметра скважин для укладки первичного контура. Предварительно проводятся расчеты, помогающие установить глубину залегания зондов и их расположение.
Выполненная с соблюдением рекомендаций производителя и строительных норм, скважина для теплового насоса обеспечит достаточным количеством энергии, чтобы прогреть частный дом и удовлетворить потребности в ГВС.

Устройство и принцип работы скважины теплонасоса

Автономное независимое отопление дома от скважины с тепловым насосом состоит из двух контуров:

• Первичный контур расположен под землей на глубине не менее 1,5 м или на дне водоема. Благодаря зонду происходит отбор тепла из грунта и передача его в теплообменник насоса. По трубам циркулирует пропиленгликоль или как его часто называют – рассол. По мере продвижения жидкость разогревается до 6-8°С, что более чем достаточно для обеспечения теплонасоса необходимым количеством низко потенциальной тепловой энергией.
• Второй контур располагается в геотермальном насосе. По трубам циркулирует фреон и посредством преобразования из жидкости в газ отбирает тепло у первичного контура. О том, как работает геотермальный тепловой насос, .

Существует несколько типов первичного контура, отличающихся технологией бурения геотермальных скважин для тепловых насосов. Наиболее подходящий вид скважины определяется в зависимости от мощности тепловой станции и фактических ожидаемых затратах энергии зданием.
Проведение работ по бурению скважин под геотермальный тепловой насос начинается с составления проектной документации и проведения геодезического аудита на участке.

Виды скважин для подключения теплонасоса

Существует три основных типа решений, используемых для укладки геотермального первичного контура. Способы бурения скважин рассчитывают исходя из нескольких параметров:

1. Общей придомовой площади.
2. Типа грунта.
3. Способа укладки трубопровода.

Работы выполняют следующим образом:

• Горизонтальное направленное бурение – для укладки трубопровода понадобится не менее 200 м² площади придомовой территории. Перед выполнением направленного бурения снимают верхнюю часть грунта ниже точки промерзания на 30-50 см. Глубина, как показывает практика, в зависимости от региона составит от 1,3 до 2 м.
  Данный способ монтажа является наиболее простым, но трудоемким процессом. В качестве минусов можно выделить относительно низкую теплоэффективность решения.
  
• Вертикальное бурение – ниже, приблизительно 20 метров над уровнем грунта температура увеличивается до 10-18°С, в зависимости от региона. Бурение вертикальной скважины под тепловой насос позволяет добраться до грунтовых слоев с лучшими показателями теплоотдачи, и, следовательно, увеличить эффективность обогрева дома.
  Каждая скважина дает больше тепла чем при горизонтальной укладке контура. Соответственно, требуется меньше земляных работ, уменьшается стоимость бурения. В целом, за подключение придется заплатить приблизительно на 10-15% меньше.
  
• Наклонное кластерное бурение – используется, если возможности установки вертикальных зондов ограничены площадью участка. Бурение скважин под углом осуществляется следующим образом. Сначала выкапывают один общий колодец. Так как для конструкции требуется всего 4 м², бурить можно даже в подвале своего дома. Колодец углубляют до 4 м, устанавливают в нем специальное оборудование. Дальше выполняется бурение скважин под углом или «кустом». Работы выполняются с помощью специальной техники.
  Технология бурения для наружного контура «кустом» была разработана в Европе, где пользуется огромной популярностью. В нашей стране данная методика только начинает внедряться, поэтому еще не нашла широкого применения.
  

Производительность грунтового теплового насоса скважинного типа напрямую зависит от грамотно выбранной схемы разводки первичного контура.

Какое количество скважин нужно для работы теплового насоса

Необходимое количество скважин высчитывают исходя из типа грунта и производительности оборудования. Большую теплоотдачу обеспечивает земельный участок с неглубоким прохождением подземных вод, наименьший процент тепла можно получить из песка.
Расчет скважины теплонасоса выполняется в согласии со следующими параметрами:

• Песок и сухие отложения – даст всего 25-30 Вт на каждый погонный метр уложенного контура.
• Водонасыщенный грунт – теплоотдача будет на уровне 60 Вт, на п.м. трубы.
• Камень – гранит, известняк, базальт, имеют самые высокие показатели теплоотдачи, варьирующиеся от 65 до 85 Вт.
• Обычный грунт – по этим параметрам высчитывают среднее значение, равное 50 Вт на 1 п.м.

Глубина скважины для теплонасоса рассчитывается следующим образом:

• В значение принимают средние параметры или показатели теплоотдачи 50 Вт на 1 п.м.
• Высчитывают общую производительность теплового насоса. Для частного дома на 200 м² рекомендуется установить теплонасос с производительностью не менее 14 кВт.
• Высчитывают общую протяженность контура. 14 кВт равны 14000 Вт. Соответственно, водяной контур имеет протяженность 280 м.
• Подсчитывают общее количество колодцев. Средняя глубина, принимаемая в расчет равняется 30 м. Для дома на 200 м², потребуется пробурить 10 скважин.

Если планируется уложить горизонтальный трубопровод, расчеты проводят несколько другим способом:

• Учитывается зависимость количества тепла от количества труб в скважине. Оптимальным решением является уложение контура с шагом 1-1,5 м.
• Получается, что 1 м² придомовой территории равен 1- 1,5 м. п. земляного коллектора.
• Теплоотдача грунта, при горизонтальной укладке: водонасыщенный песок и щебень 40 Вт, обычная почва 20-30 Вт.
• Длина водяного коллектора будет 460 п.м.

Традиционно используют диаметр скважин равный 150 мм. Диаметр обусловлен простотой бурения и размерами улаживаемого водяного контура.

Срок службы скважины под теплонасос

Производя расчет стоимости бурения необходимо учитывать, что минимальное время эксплуатации геотермального первичного зонда составляет не менее 50 лет. На время службы влияет то, какая труба используется для изготовления коллектора.
Расчетный срок эксплуатации нержавеющего металла составляет 70 лет, полимер прослужит 50-60 лет. В первый год укладки коллектора возможно проседание, требующее дополнительной корректировки и исправлений. В остальное время первичный контур будет работать с полной теплоотдачей и эффективностью.
Первоначальные затраты, отпугивающие потенциального покупателя, на самом деле полностью окупятся благодаря длительному сроку эксплуатации как самого насоса, так и геотермального контура.

Бурение скважин для системы тепловых насосов

Устройство скважины лучше доверить профессиональной монтажной организации. Оптимально, чтобы этим занимались представители компании, продающей теплонасос. Так, можно учесть все нюансы бурения и расположения зондов от строения, выполнить другие требования.
Специализированная организация поспособствует получению разрешения на бурение скважины под зонды для грунтового теплового насоса. Согласно законодательству, использование грунтовых вод в хозяйственных целях запрещено. Речь идет об использовании в любых целях вод, расположенных ниже первого водоносного горизонта.
Как правило, процедура бурения вертикальных систем должна быть согласована с органами государственной администрации. Отсутствие разрешений ведет к штрафным санкциям.
После получения всех необходимых документов начинаются монтажные работы, согласно следующему порядку:

• Определяются точки бурения и расположения зондов на участке, учитывая расстояние от строения, особенности ландшафта, наличие подземных вод и т.д. Выдерживают минимальный разрыв между колодцами и домом не менее 3 м.
• Завозится оборудование для бурения, а также техника, необходимая для выполнения ландшафтных работ. Для вертикальной и горизонтальной установки требуется буровой и отбойный молоток. Для сверления грунта под углом используются буровые установки с веерным контуром. Наибольшее применение получила модель, работающая на гусеничном ходу. В полученные скважины укладывают зонды и заполняют зазоры специальными растворами.

Бурение скважин для тепловых насосов (за исключением кластерной разводки) допускается на расстоянии от здания не менее 3 м. Максимальное расстояние до дома не должно превышать 100 м. Проект выполняют исходя из этих норм.

Какая глубина скважины должна быть

Глубина рассчитывается исходя из нескольких факторов:

• Зависимость КПД от глубины скважины – существует такое понятие, как ежегодное снижение теплоотдачи. Если колодец имеет большую глубину, а в некоторых случаях требуется сделать канал до 150 м, каждый год будет происходить уменьшение показателей получаемого тепла, со временем процесс стабилизируется.
  Сделать скважину максимальной глубины не самое лучшее решение. Обычно делают несколько вертикальных каналов, удаленных друг от друга. Расстояние между скважинами 1-1,5 м.
• Расчет глубины бурения скважины под зонды выполняется с учетом следующего: общая площадь придомовой территории, наличие грунтовых вод и артезианских скважин, общая отапливаемая площадь. Так, к примеру, глубина бурения скважин с высокими грунтовыми водами резко сокращается, по сравнению с изготовлением колодцев в песчаной почве.

Создание геотермальных скважин – сложный технический процесс. Все работы, начиная с проектной документации и заканчивая введением теплового насоса в эксплуатацию должны выполнять исключительно специалисты.
Чтобы подсчитать приблизительную стоимость работ используют он-лайн калькуляторы. Программы помогают высчитать объем воды в скважине (влияет на количество необходимого пропиленгликоля) ее глубину и выполнить остальные расчеты.

Чем заполнить скважину

Выбор материалов зачастую полностью ложится на самих хозяев. Подрядная организация может советовать обратить внимание на тип трубы и рекомендовать состав для заполнения скважины, но окончательное решение придется принимать самостоятельно. Какие есть варианты?

• Трубы, применяемые для скважин – используют пластиковые и металлические контуры. Как показала практика, второй вариант является более приемлемым. Срок эксплуатации металлической трубы не менее 50-70 лет, стенки металла имеют хорошую теплопроводность, что увеличивает эффективность коллектора. Пластик проще монтировать, поэтому строительные организации зачастую предлагают именно его.
• Материал для заполнения зазоров между трубой и грунтом. Тампонирование скважины является обязательным правилом к выполнению. Если не заполнить пространство между трубой и грунтом, со временем происходит усадка, способная повредить целостность контура. Зазоры заполняют любым строительным материалом с хорошей теплопроводимостью и эластичностью, типа Бетонит.
  Заполнение скважины для теплонасоса не должно препятствовать нормальной циркуляции тепла от грунта к коллектору. Работы выполняют медленно, чтобы не оставить пустот.

Даже если бурение и расположение зондов от строения и друг от друга выполнено правильно, через год потребуется проведение дополнительных работ по причине усадки коллектора.

Что лучше для теплового насоса – земляной коллектор или скважина

Технические характеристики скважины выглядят привлекательней, но проведение работ по бурению грунта невозможно выполнить без специализированного оборудования и техники. Горизонтальный коллектор можно уложить самостоятельно, но забор тепла от земли будет меньше практически в 2 раза.
Применение скважины оправдано еще по той причине, что это не отражается на ландшафтном дизайне. Так, сверху горизонтального контура запрещается сажать деревья с глубокой корневой системой, к вертикальному коллектору подобные требования не предъявляются.
Устройство геотермальной скважины ТН, выполненной с наклонным направлением, вариант практически не имеющий недостатков и лишен всех минусов, присущих остальным вариантам. Размещается всего на 4 м² и обеспечивает максимальную теплоотдачу.
Затраты на бурение окупаются уже через 3-8 лет. Вариант со скважинами полностью оправдан и эффективен, несмотря на то, что потребуются первоначальные вложения средств.

Тепловой насос “вода-вода”: устройство, принцип работы, правила обустройства отопления на его базе

Для отопления и обеспечения горячей водой частных домов целесообразно использовать тепловой насос вода-вода, работающий от природных источников – подземных вод, рек, водоемов и т.д. Система отличается абсолютной экологической безопасностью, не требует регулярных затрат на расходные материалы, поэтому становится все более востребованной.

Мы расскажем о вариантах устройства теплового насоса, использующего эко-энергию воды для передачи ее бытовым отопительным системам. Для любознательных домашних мастеров мы описали принципы работы популярных вариантов устройства и технологию сооружения. У нас вы узнаете, какое оборудование потребуется для работы системы.

Принцип работы теплового насоса вода-вода

Тепловой насос воплотил в себе принцип цикла Карно. Он заключается в том, что движущееся вещество по замкнутой системе и меняющее под воздействием химических, физических или термических факторов свое агрегатное состояние из жидкого в газообразное высвобождает и поглощает огромное количество тепловой энергии.

В роли рабочего вещества выступает тепловой носитель – вода из скважины или водоема.

Даже зимой в природных источниках на определенной глубине сохраняется положительная температура, поэтому из них круглый год можно извлекать тепловую энергию. Единственный недостаток установки – высокий расход электроэнергии и необходимость закупки дополнительного оборудования.

На схеме изображена траектория циркуляции воды и хладагента. Система позволяет получать тепловую энергию, независимо от сезона

Основные элементы теплового насоса вода-вода:

• компрессор;
• испаритель;
• конденсатор;
• расширительного индукционного клапана;
• автоматическая система, осуществляющая контроль показателей;
• множественные магистрали из медных труб;
• рабочее вещество (хладагент).

С помощью специального насоса вода поступает по трубкам из источника в тепловую установку, после чего взаимодействует с газом (фреоном), закипающим при температуре +2-3 градуса. Фреон поглощает часть тепла воды и всасывается компрессором, где во время сжатия его температура повышается.

Оборудование теплового насоса занимает немало места, но предоставляет возможность избавиться от коммунальной зависимости

Далее хладагент поступает в конденсатор, после чего горячее вещество нагревает воду до заданной температуры (от +40 до +80 градусов), которая транспортируется по трубам системы отопления.

Охлажденная вода поступает в испаритель, затем сливается в приемную скважину. После прохождения конденсатора хладагент становится жидким и собирается на дне элемента, затем через дроссель возвращается в исходное место. Далее цикл повторяется.

Галерея изображений Фото из Суть работы теплового насоса вода-вода Внутренний блок геотермальной системы Компактный тепловой насос для частного дома Экономная схема организации отопления

На что смотреть при обустройстве такого отопления?

Существует большое количество различных модификаций тепловых насосов, предназначенных для помещений любого назначения и размера, а также работающих в разных условиях. Оборудование предназначено для отапливания домов общей площадью 50 до 150 квадратных метров.

Ориентир №1 – жесткость воды

Качество воды скважины или водоема играет важную роль при выборе оборудования. Не все модели способны работать на жесткой воде, содержащей большое количество марганца и железа.

Высокая концентрация этих элементов вредит системе – на трубах быстрее образовывается коррозия, что ведет к уменьшению КПД оборудования и сроков его эксплуатации.

Поэтому перед покупкой теплового насоса берут пробу воды и делают ее анализ на наличие этих и других микроэлементов – сероводорода, аммиака, хлора и т.д. Обычно если в пруду температура превышает +13 градусов, то с большей долей вероятности в воде много ионов железа и марганца.

Таким образом, тепловой насос вода-вода подбирается с учетом жесткости воды. Есть системы, элементы которой максимально защищены от коррозии, но стоят они дороже.

Ориентир №2 – режим работы

Тепловой насос может использоваться в качестве единственного источника тепла или взаимодействовать с другими системами. Поэтому перед выбором модели важно определить, в каком режиме устройство будет работать.

Всего существует два типа функционирования системы:

• Моновалентный. Приборы обладают большой мощностью, подходят для отапливания дома.
• Бивалентный. Менее производительные устройства, дополняют основное обогревательное оборудование.

Для сооружения автономной системы с основным нагревательным агрегатом вода-вода, нужен моновалентный тип.

Ориентир №3 – мощность насоса

Мощность – важный показатель при выборе теплового насоса, так как от него зависит производительность системы. Чем выше мощность, тем выше КПД оборудования, но и расход электроэнергии больший.

Производительность теплового насоса вода-вода подбирается, исходя из реальных потребностей

При выборе устройства с недостаточной мощностью эффективность системы упадет в случае, если теплопотери дома превысят количество отдаваемой системой энергии. Тепловой насос может работать круглосуточно, но эффекта от него не будет из-за понижения температуры воды.

Когда теплопотери постройки ниже, чем теплоотдача системы, то насос обычно автоматически запускается на несколько минут, нагревает воду до установленной температуры, транспортирует ее по системе. После чего выключается до момента, когда температура понизится на несколько градусов. Затем цикл повторяется.

Ориентир №4 – функцинал конкретной модели

Тепловые насосы могут обладать дополнительными функциями, это:

• Система автоматического управления, которая позволит регулировать микроклимат помещения по вкусу. Управление обычно осуществляется с помощью дистанционного пульта.
• Функция нагрева воды для горячего водоснабжения.
• Шумоизоляционный корпус.
• Возможность подключения к другим системам отопления, солнечным коллекторам, что сделает оборудование для обогрева полностью автономным.

Длительность эксплуатации тепловых насосов вода-вода обычно превышает 30 лет.

Не менее важным при выборе оборудования считают стоимость установки и монтажа.

Расчет необходимой мощности теплового насоса

Перед покупкой системы важно предварительно составить проект и вычислить необходимую мощность оборудования. Производительность высчитывается с учетом фактических потребностей в тепловой энергии. Берутся во внимание расходы тепла, теплопотери дома и наличие или отсутствие контура ГВС.

Алгоритм расчета:

1. Вычисляем общую площадь отапливаемых помещений.
2. Определяемся с необходимым количеством энергии для отопления. Оптимальный показатель на 1 квадратный метр – 0,07 кВт.
3. Чтобы протопить дом на N квадратных метров, понадобиться N*0,07 кВт.
4. Для ГВС к полученному числу добавляют дополнительно 15-20%, то есть N*0,07*0,85 или N*0,07*0,80.

Это расчет будет оптимальным для помещений с потолками, не превышающими высоту 2,7 м. Более точные вычисления сделают специалисты во время составления проекта.

Галерея изображений Фото из Внутренняя часть теплового насоса вода-вода Где выгодноя устраивать тепловой насос вода-вода Эффективное оборудование с экономным расходом энергии Теплообменник теплового насоса в прихожей

Подготовительные работы перед эксплуатацией

Подготовка к сборке, подключению и вводу в эксплуатацию теплового насоса из серии вода-вода включает ряд стандартных этапов, с которыми мы далее ознакомимся.

Выбор оптимального источника воды

Следует отметить, что далеко не каждый открытый источник или водяная скважина подойдут для бесперебойного функционирования теплового насоса. Качество воды играет важную роль, но проблему загрязненности помогут решить фильтры.

Допустимо использовать водоем или пруд, расположенный в радиусе 100 метров от постройки. Если подобного источника нет, то возникает необходимость бурения скважин.

Выбор источника для теплового насоса следует ориентировать на простоту и стоимость использования. В случае расположенного рядом открытого водоема разумней использовать его

Поведение открытого источника более предсказуемо, чем грунтовых вод, поэтому при возможности предпочтение лучше отдать водоемам.

Галерея изображений Фото из Геотермальная скважина для теплового насоса Недорогой вариант испарителя теплового насоса Подключение труб испарителя к теплообменнику Трубы испарителя подготовлены к осмотру

Установка тепловой системы с использованием скважины

Для установки системы с использованием теплового насоса понадобится две скважины. Одну из скважин принято называть дебетовой. Именно в нее погружается специальный насос, с помощью которого происходит отбор воды для последующей обработки в системе. Вторая скважина – приемная. В нее сливается охлажденная вода.

Сливная и подающая скважины должны располагать друг от друга на расстоянии не менее 15 метров

Глубина дебетовой скважины не должна превышать 50 метров. Чем глубже располагается источник воды, тем мощнее потребуется насос для ее подачи, что увеличит количество расходуемой энергии.

Устройство дебетовой скважины

Перед началом эксплуатации дебетовой скважины важно узнать, сколько воды она способна дать и какое количество жидкости необходимо, чтобы обеспечить теплом все помещение. Чем выше температура воды, тем меньше ее понадобится для обогрева.

Важно предварительно рассчитать объем V, который нужно выкачивать из скважины в течение часа для обогрева помещения. Допустим, есть насос, теплопроизводительность которого равна некоторому числу Q кВт, а потребляемая мощность – числу P кВт. Также понадобиться узнать температуру грунтовых вод (t1) и их температуру после темплообмена (t2).

Тогда формула расчета объема необходимого количества воды за час выглядит так:

V = (Q-P)/(t1-t2).

Определить способность дебетовой скважины выдавать нужный объем воды аналитически невозможно, поэтому проводят ее тестирование. В течение 3 дней насос бесперебойно перекачивает воду из скважины. Таким образом осуществляется проверка и приемной скважины на возможность принимать необходимое количество воды при высокой нагрузке.

Важно понимать, что грунтовые воды ведут себя непредсказуемо, поэтому воды из дебетовой скважины может со временем стать меньше. Например, весной наблюдаются приливы, а зимой, наоборот, вода убывает. Если воды в скважине не хватает, то система автоматически отключается, отопление не происходит.

Особенности приемной скважины

Приемный трубчатый колодец располагают ниже по течению подземных вод. Определить, в каком направлении движется вода, аналитически невозможно. Поэтому на практике выбирают произвольную скважину в качестве дебетовой и запускают в нее погружной насос.

Если во время эксплуатации системы уровень воды не опускается, то выбор сделан правильно. Если уровень опустился, а температура воды понизилась, то необходимо поменять скважины местами – перенести погружной насос в другое отверстие.

Сливную трубу в приемную скважину необходимо погрузить на несколько сантиметров в воду, не доходя до дна. Если сбрасывать отработанную жидкость сверху, то это приведет к заболачиванию. Трубчатый колодец может прекратить принимать воду и забиться.

Результат грозит переливом, а в зимнее время возможным обледенением. Лучшим вариантов для приемного источника является река или пруд. Если данных объектов рядом нет, то возникает необходимость бурить еще одну или несколько приемных скважин, чтобы подстраховаться на случай перелива.

На рисунке продемонстрирован пример использования одной скважины в качестве приемной и дебетовой

Узнать, будет ли скважина принимать воду, невозможно ни аналитическим, ни тестовым способом. Практика показывается, что сливная скважина может бесперебойно поглощать воду долгие годы, а может и вовсе выйти из строя за один сезон.

Существуют технологии, позволяющие использовать одну скважину в качестве дебетовой и приемной, но этот метод не эффективен – эксплуатация будет сопровождаться трудностями, возможно понижение температуры воды, заболачивание и ряд других проблем.

Устройство системы с использованием водоема

Выбранный пруд должен быть достаточно глубоким, чтоб нижние слои воды не промерзали во время сильных морозов. В Южных регионах оптимальная глубина составит примерно 1 метр, в Северных потребуется источник с глубиной от 3 метров. Также пруд должен быть стабильным – недопустимы колебания уровня воды, ее уменьшение.

К водоему ведется два трубопровода – дебетовый и приемный. В приемный устанавливается погружной насос

В качестве труб рекомендуется использовать модели из ПНД, отличающиеся долговечностью и надежностью. Важно защитить трубы от промерзания, дополнительно утеплив их, и от прорывов.

Подготовка дома к установке теплового насоса

Для взаимодействия с тепловым насосом вода-вода в доме должна быть оборудована система отопления на водной основе, представленная в виде труб, радиаторных батарей. Для лучшего утепления в пол и стены также допустимо монтировать отопительные трубы.

Если оборудование будет использоваться для подачи горячей воды, то в доме должна присутствовать система ее сбора. Для работы насоса понадобиться подключение к электрической сети с неограниченным питанием.

Без дополнительных мероприятий по теплоизоляции дома (утепления снаружи, установки двухкамерных окон и т.д.) эксплуатация теплового насоса не имеет смысла.

Специалисты рекомендуют дополнительно установить систему вентиляции приточного типа с механизмом обогрева воздуха. Используемый в оборудовании фреон вреден для человека. Если в контуре системы произойдут микроразрывы, то газ высвободиться и тем самым вытеснит из помещения воздух. Хладагент может вызвать у человека обострение заболеваний легких, приступы удушья.

Тепловой насос является тяжелым оборудованием, его вес может достигать тонны (зависит от мощности и размеров), поэтому для его установки в некоторых случаях необходимо возведение собственного фундамента, не соединенного с фундаментом коттеджа.

Перед установкой оборудования нужно учесть допустимые размеры помещения, выдержать расстояние до стен, указанное в паспорте изделия.

Дополнительное оборудование

Выбор дополнительного оборудования для теплового насоса – ответственная задача, решение которой во многом определяет долгосрочность службы отопительной системы в целом и отсутствие проблем в эксплуатации.

Погружной насос для скважин и водоемов

Если в системе тепловой насос используется для подачи горячей воды, то устройство с небольшой мощностью может понижать давление в кранах. Мощный насос решит эту проблему, но он потребляет больше энергии. Минимальная допустимая мощность при эксплуатации ГСВ – 1 кВт.

Существует множество различных модификаций погружных насосов. Выбор осуществляется с учетом трех критериев, это:

• Количество жидкости, используемой для перекачивания (чем больше воды придется транспортировать, тем выше должна быть мощность насоса).
• Глубина скважины (чем глубже скважина, тем большей должна быть мощность оборудования);
• Диаметр скважины (традиционно отдают предпочтение 4-дюймовым шахтам, поскольку для них создано наибольшее количество насосов, в отличие от 3-дюймовых).

Чтобы определить глубину скважины, необходимо на веревку закрепить груз и опустить в шахту. Мокрая часть веревки укажет на полную глубину скважины, сухая определит расстояние от начала воды до поверхности.

Насос погружают в ствол скважины на глубину, указанную производителем устройства. Обычно в техпаспорте обозначено, сколько должно быть метров между зеркалом воды и насосом, дном выработки и насосом

Для шахт могут подойти как универсальные насосы, так и оборудование, специально созданное для скважин. Если разработкой шахты занимались профессионалы, то она меньше засоряется песком, поэтому можно смело использовать универсальный насос.

Насосы, спроектированные специально под скважины, стоят дороже, но они отлично справляются с песком и грязью, меньше засоряются. Универсальные чувствительны к большому содержанию органики, их необходимо регулярно очищать от грязи, в результате чего срок их эксплуатации уменьшается.

Отдать предпочтение стоит насосам с автоматикой, поскольку при перегреве мотора, излишнего засора или отсутствия воды в скважине они отключаются самостоятельно, в результате чего двигатель не перегревается и не выходит из строя.

По принципу действия различают 2 вида погружных насосов:

• Центробежные.
• Вибрационные.

Для работы в скважинах, добывающих воду в известняке, предпочтительнее центробежные глубинные модели. Они чувствительны к воде с песчинками и глинистой взвесью.

Если тепловой насос будет подключен к открытому водоему, использовать лучше поверхностное насосное оборудование, предназначенное для перекачки грязной воды, или недорогое вибрационное устройство.

Промежуточный теплообменник теплового насоса

В тепловых насосах во время циркуляции фреон может недостаточно хорошо охлаждаться, что приводит к перегреву компрессора в результате чрезмерной температуры нагнетания. Поэтому важно улучшить охлаждение вещества, тем самым понизив давление в контурах.

Существует еще одна проблема, характерная для всех тепловых насосов, – хладагент может смешиваться с парами воды. Если жидкость попадет в компрессор, то может произойти гидроудар. В этом случае понадобиться ремонт или замена детали. Также вода может попасть в масло, а извлечь ее оттуда затруднительно.

Все вышеописанные проблемы решает установка промежуточного теплообменника. Теплообменники бывают трех видов – открытого типа, кожухотрубные и змеевиковые.

Модификация открытого типа нейтрализует жидкость, попавшую во фреон при циркуляции, что минимизирует вероятность гидроудара компрессора. Устройство отличается высокой производительностью при минимальных затратах мощности.

При установке теплообменника открытого типа важно верно подобрать размер жидкостного трубопровода, чтоб обеспечить минимальное сжатие давления

Грамотно подобранные трубы позволят нейтрализовать возможность закипания жидкости. При этом клапан должен иметь достаточную пропускную способность, чтобы жидкость при низкой разнице давлений смогла проникнуть в устройство.

Кожухотрубный теплообменник представлен в виде закрытой конструкции. Теплообмен происходит через стенки труб, а жидкость и хладагент в нем не смешиваются, в отличие от открытого, что обеспечивает высокое давление для циркуляции пара и воздуха.

Змеевиковый теплообменник отличается наличием регулятора расхода, управляющего потоком жидкого фреона. Размер устройства напрямую зависит от мощности теплового насоса. Выбрать изделие необходимо с учетом функционала и располагаемой суммы. Желательно отдать предпочтение разборным моделям.

Фильтры для теплового насоса

Вода из скважин или водоемов поступает не в чистом виде. В ней может встречаться песок, грязь, различные микроэлементы – железо, сероводород, марганец, хлор, аммиак и др. Перед поступлением в тепловой насос вода должна быть отфильтрована.

Прежде всего, необходимо устранить крупные вещества – камни, песок, грязь, ил. Чтобы убрать их из воды, необходима установка гидроциклона.

Гидроциклон – устройство, требующееся для грубой очистки воды. Выбрать его необходимо с учетом мощности насоса

Далее важно установить фильтры, устраняющие железо, сероводород, марганец, аммиак. Эти микроэлементы сокращают срок эксплуатации оборудования, подвергают его коррозии.

Можно воспользоваться фильтрами обратного осмоса, умягчителями, обезжелезивателями и их модификациями. Для обеспечения питьевой горячей воды дополнительно следует оборудовать угольные фильтры и УФ-стерилизатор, уничтожающий бактерии и вирусы.

Электрогенератор для резервного питания

Тепловые насосы работают от электрической сети, поэтому, если произойдет отключение электропитания, то дом останется без обогрева. Целесообразно дополнительно приобрести электрогенератор, работающий на горючих веществах.

Важно, чтоб электрогенератор мог вырабатывать необходимую мощность для работы компрессора насоса

Особенности эксплуатации такого теплового насоса

Раз в год необходимо проводить самостоятельный визуальный осмотру узлов насоса, выполнять рекомендации по техническому обслуживанию – своевременно смазывать детали, следить за корректностью работы прибора при перекачивании воды.

Некоторые виды оборудования нуждаются в регулярной проверке (обычно 1-2 раза в год) специалистов сервисного центра. В ходе проверки выявляют:

• протечки машинного масла через трещины в контуре;
• качество креплений и соединений;
• уровень давления в баках и контурах;
• неисправности в работе силовой проводки.

Монтаж теплового насоса вода-вода следует поручить обученным специалистам. Неэффективность системы чаще всего связана с ее неправильной установкой. Тепловое оборудование пригодно для эксплуатации как жителями Южный регионов, так и Северных.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик ознакомит с принципом действия и особенностями устройства:

В качестве итогов, можно сделать вывод, что тепловой насос вода-вода считается эффективным экологически безопасным оборудованием, созданным для обогрева домов площадью до 150 кв метров. На обустройство помещения большей площади уже могут понадобится довольно сложные инженерные изыскания.

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.

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.

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 м2 потребуется выделить 2-3 сотки земли. Следует принять во внимание, что на территории, занятой коллектором, можно садить лишь те деревья и кустарники, корни которых не уходят в почву слишком глубоко, а располагать здесь какие-либо постройки и вовсе нельзя.

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.

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.

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.

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.

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.

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 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.

Если вы заметили ошибку, не рабочее видео или ссылку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter. Поделиться: 0