Тепловые насосы – устройство, принцип работы, виды и ТОП лучших производителей

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

Земля – источник неисчерпаемой тепловой энергии, применение которой в быту экологично и экономно.

Нашим подписчикам — скидки на товары для отопления и водоснабжения.

Источником тепла для насосов типа “рассол/вода” является постоянно положительная температура земли.

Источником тепла для насосов типа “вода / вода” являются грунтовые воды.

Покупка и заказ монтажа тепловых насосов у официального диллера имеет ряд преимуществ:

+ 7 (495) 369-37-99
(круглосуточно)

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

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

Устройство и принцип работы бытового теплонасоса

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

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

Типы тепловых насосов

По виду передачи энергии тепловые насосы бывают двух типов:

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

По источнику тепла выделяют тепловые насосы:

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

По виду теплоносителя входного/выходного контура:

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

Расчет эффективности тепловых насосов для отопления

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

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

Сферы применения и степень распространения

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

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

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

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

Это интересно!

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

Стоимость оборудования

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

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

Объ­ем меж­ду­на­род­но­го рын­ка теп­ло­вых на­со­сов тро­е­крат­но пре­вы­ша­ет ры­нок во­ору­же­ний и со­став­ля­ет $125 мл­рд. По про­гно­зам Ми­ро­во­го энер­ге­ти­чес­ко­го со­ве­та (World Energy Council – WEC), к 2020 го­ду 3/4 со­во­куп­но­го теп­ло­с­наб­же­ния в ми­ре бу­дет обес­пе­чи­вать­ся теп­ло­вы­ми на­со­са­ми раз­лич­ных ти­пов. Стра­ны Скан­ди­на­вии уже сей­час вы­хо­дят на эти про­гноз­ные дан­ные. В США фе­де­раль­ным за­ко­но­да­тельст­вом за­креп­ле­но обес­пе­че­ние всех но­вых об­щест­вен­ных зда­ний ис­клю­чи­тель­но теп­ло­вы­ми на­со­са­ми, а пра­ви­тельст­во Гер­ма­нии да­ти­ру­ет каж­дый ки­ло­ватт ус­та­нав­ли­ва­е­мой мощ­нос­ти теп­ло­на­сос­ных сис­тем в раз­ме­ре €200. Как вид­но из при­ве­ден­ных цифр, ры­нок теп­ло­вых на­со­сов пе­ре­жи­ва­ет на­сто­я­щий бум.

6 лучших тепловых насосов

*Обзор лучших по мнению редакции expertology.ru. О критериях отбора. Данный материал носит субъективный характер, не является рекламой и не служит руководством к покупке. Перед покупкой необходима консультация со специалистом.

Во всем мире ведутся поиски альтернативных источников энергии. Одними из самых доступных являются воздух, вода и тепло земли. В последнее время все чаще домовладельцы интересуются тепловыми насосами. Это чудо инженерной мысли может не только обогревать дома, но также охлаждать воздух, отвечать за горячее водоснабжение. Существуют разные виды климатического оборудования, поэтому потребителю нелегко подобрать оптимальное оборудование под свои условия. Как же работает тепловой насос?

Как выбрать тепловой насос

  1. Принцип работы устройства основан на извлечении энергии при изменении агрегатного состояния хладагента. Как и в бытовом холодильнике, в тепловом насосе имеется несколько контуров. В одном из них залит теплоноситель, а другой заполнен хладагентом. При испарении хладагента тепло забирается у теплоносителя, а при конденсации передается в третий контур.
  2. Энергия может “черпаться” из земли, воды и воздуха. Эффективность преобразования теплоэнергии характеризуется коэффициентом эффективности. Чем он выше, тем эффективнее используется природная энергия.
  3. При покупке теплового насоса следует определить основное назначение прибора. Если задачей системы будет обогрев помещения или воды, то не лишним будет наличие дополнительного ТЭНа.
  4. Для универсального использования следует подбирать тепловой насос, который одинаково хорошо обогревает и охлаждает помещение.
  5. Что касается выбора производителя, то эксперты рекомендуют европейские или японские тепловые насосы. Они стоят дороже, чем российские или китайские аналоги, но выгодно отличаются надежностью и долговечностью.

В наш обзор попали 6 лучших тепловых насосов. При определении победителей учитывались мнения экспертов и отзывы потребителей.

Рейтинг лучших тепловых насосов

Номинация место наименование товара цена
Лучшие тепловые насосы для отопления1 Hitachi Yutaki S RWM-3.0NE/RAS-3WHVNP108 000 ₽
2 Lessar LSM-H080HFA2 8 кВт138 600 ₽
3 Mitsubishi Electric PUHZ-SW50VHA155 000 ₽
Лучшие тепловые насосы для горячего водоснабжения1 Hitachi Yutaki S Combi RWD-2.0NWE-200S/RAS-2WHVNP257 410 ₽
2 FAIRLAND AHP13AS192 331 ₽
3 Lessar LSM-H120HFA2146 000 ₽

Лучшие тепловые насосы для отопления

Воздушные тепловые насосы могут использоваться для отопления частных домов или офисов. Чаще всего оборудование способно работать только при плюсовой температуре, что существенно ограничивает область применения. Вот несколько эффективных моделей для российского климата.

Hitachi Yutaki S RWM-3.0NE/RAS-3WHVNP

Известный японский производитель бытовой техники Hitachi поставляет на российский рынок качественное климатическое оборудование. Тепловой насос Yutaki S RWM-3.0NE/RAS-3WHVNP становится победителем нашего рейтинга по ряду причин. В первую очередь эксперты отмечают инновационность разработки. Сплит система состоит из двух привычных блоков (внутренний и наружный), демонстрируя высокую энергоэффективность. Агрегат способен работать при температуре до -25°С, используя самый доступный источник энергии. Такие тепловые насосы можно встретить в разных городах России, начиная с гостиничных комплексов и заканчивая частными домами.

Пользователи довольны оптимальным сочетанием цены и эксплуатационных свойств, экономичной работой и эффективностью.

Достоинства

  • инновационные технологии;
  • высокая энергоэффективность;
  • хорошие эксплуатационные свойства.

Недостатки

  • не обнаружены.

Lessar LSM-H080HFA2 8 кВт

Высокой мощностью обогрева (8 кВт) обладает тепловой насос Lessar LSM-H080HFA2. Техника хороша еще и тем, что издает минимум шума (32 дБ). Система предназначена для использования в частных домах и офисных помещениях. Прибор может стать надежным источником тепла для систем отопления с радиаторами или теплыми полами. Тепловой насос способен нагреть воду до отметки 60°С, использовать климатическую установку можно и в режиме обогрева, и в режиме охлаждения. Однако есть несколько моментов, которые не позволили победить в нашем рейтинге.

Тепловой насос имеет большой вес (63 кг), мощность охлаждения ниже, чем у лидера (6,3 кВт). Уступил прибор и в инновационности, вместо инверторного управления компрессором производитель установил линейную модель.

Достоинства

  • высокая мощность обогрева;
  • низкий уровень шума;
  • широкая сфера применения.

Недостатки

  • большой вес;
  • линейный компрессор.

Mitsubishi Electric PUHZ-SW50VHA

На третье место нашего рейтинга попал японский тепловой насос Mitsubishi Electric PUHZ-SW50VHA. Уступает он лидерам в мощности обогрева (6 кВт) и охлаждения (4,5 кВт). От взора экспертов не ускользнул и такой негативный фактор, как высокий уровень шума (46 дБ). При этом такие параметры, как компактные размеры и небольшой вес выступили в качестве положительных характеристик.

Наружный блок можно подключать к теплообменнику, работающему по схеме “фреон-вода”. Благодаря такой компоновке тепловой насос способен работать в регионах с холодным климатом. Производитель предусмотрел возможность увеличения мощности климатической системы, поэтому несколько тепловых насосов можно объединить в один каскад, используя специальные контроллеры.

Достоинства

  • компактность;
  • небольшой вес;
  • возможность интеграции в климатические системы.

Недостатки

  • шумная работа;
  • высокая цена.

Лучшие тепловые насосы для горячего водоснабжения

Тепловые насосы могут не только обогревать помещение. Они успешно справляются с подогревом воды. Так как система считается низкотемпературной, то рассчитывать на температуру воды выше 55°С не стоит. Эксперты выбрали несколько интересных насосов.

Hitachi Yutaki S Combi RWD-2.0NWE-200S/RAS-2WHVNP

Устанавливать в действующие системы отопления или в только создаваемые можно топливный насос Hitachi Yutaki S Combi RWD-2.0NWE-200S/RAS-2WHVNP. Прибор предназначен для круглогодичного применения, зимой он будет использоваться в качестве обогревателя, а летом как кондиционер. Эксперты отдали первое место рейтинга этой модели за инновационность и низкие затраты на обслуживание. Тепловой насос оптимально подходит для систем отопления с радиаторами и теплыми полами. Производитель оснастил устройство удаленным управлением, что позволяет владельцу дома регулировать температурный режим, находясь в любом помещении. К достоинствам оборудования стоит отнести инверторную технологию управления и недельный таймер.

Достоинства

  • инверторная технология управления;
  • антибактериальная опция;
  • компактность;
  • универсальность применения.

Недостатки

  • не обнаружены.

FAIRLAND AHP13AS

Тепловой насос из Китая FAIRLAND AHP13AS создан для обогрева домов. Он предназначен для работы в традиционных системах отопления, а также в современных теплых полах. Производителю удалось сделать климатическую технику высокого качества за счет применения оригинальных японских деталей. Уступает прибор лидеру рейтинга в функциональных возможностях, охлаждать воздух он не способен. А вот как обогреватель тепловой насос демонстрирует хорошие способности. Мощность обогрева достигает отметки 13 кВт, потребляя при этом до 2,9 кВт электроэнергии. Инверторное управление упрощает эксплуатацию климатической установки, повышая срок службы.

Пользователи довольны работой теплового насоса, его мощностью и производительностью. Только цена не устаивает отечественных покупателей.

Достоинства

  • качественная сборка;
  • высокая мощность обогрева;
  • инверторное управление.

Недостатки

  • высокая цена;
  • требуется силовая линия.

Lessar LSM-H120HFA2

Хорошими показателями тепло- и холодопроизводительности обладает тепловой насос Lessar LSM-H120HFA2. Модель оснащается дополнительным электрическим ТЭНом, позволяя повысить температуру в помещении до 55°С. Охладить комнату можно в температурном диапазоне 5-22°С. Хоть модель и уступает лидерам рейтинга в мощности, зато максимальный уровень шума не превышает 32 дБ. Эксперты положительно высказываются относительно компактности оборудования и небольшого веса (63 кг).

Пользователи одобрительно отзываются о доступности и функциональных возможностях прибора. Тепловой насос выглядит эстетично, он одинаково хорошо охлаждает и обогревает помещение, экономно расходуя электроэнергию. Из минусов отмечается громкий сигнал при включении, а также отсутствие инверторного управления.

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 м 2 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.

5 лучших тепловых насосов

Геотермальное отопление, в котором тепловые насосы играют основную роль, все популярней становится у собственников домов и не только у них. Причина: высочайший КПД и минимальные эксплуатационные затраты, кроме того, экологичность, надежность, безопасность и долголетие. Рекомендуем воспользоваться предложениями рынка и приобрести тепловые насосы, лучшие из которых представлены в статье.

Лучшие тепловые насосы для водяного отопления

NIBE F1245-12 R – класс грунт-вода

Тепловой насос NIBE F1245-12 R предназначается для О и ГВС домов, офисов и производственных зданий с полезной площадью от 200 до 400 м2. Подключается к радиаторам, конвекторам, системам теплых полов.

Комплектуется бойлером (180 л), компрессором (от 5 до 12 кВт), резервным электронагревателем (до 9 кВт) и циркуляционными помпами.

Характеристики: при температуре горячей воды + 50 °С: COP – 3,4; потребляемая / производимая мощность – 2,5 / 11,2 кВт. Напряжение 2×230 В, t на подаче ≤ +70 °С, хладагент R407C.

Плюсы:

  • экономичность: ручное выставление температуры воздуха и воды по суткам и часам; автоматическое регулирование по погоде; очень высокий КПД; низкие эксплуатационные затраты;
  • удобство управления и контроля: с помощью дисплея, компьютера или смартфона;
  • разнообразие первичных теплоисточников: кроме грунта, использоваться могут подземные водоносные пласты и пруды;
  • дополнительные возможности: нагрева бассейна, активного охлаждения; рекуперации вентиляционного воздуха;
  • тепловые насосы NIBE F1245-12 R совместимы с солнечным коллектором, отдельным котлом, центральным отоплением;
  • широкий ассортимент аксессуаров: электрокотлы, буферные емкости, датчики, модули, реле, карты дополнительных опций и монтажные кронштейны;
  • наличие однофазной версии (под напряжение 230 В);
  • отсутствие необходимости в специальном помещении: малый шум (на уровне холодильника), сравнительно компактные размеры (1,8×0,6×0,6 м), умеренный вес (335 кг);
  • экологичность, безопасность, надежность, современный дизайн и долговечность.

Минусы:

  • высокая стоимость: цена – 508,266÷977,550 тыс. руб.;
  • дорогие подготовительные (земляные) работы;
  • долгосрочная окупаемость: от 10 лет.

Danfoss DHP-L Opti Pro+13 – класс вода-вода

Тепловой насос Danfoss DHP-L Opti Pro+13 используется для отопления и горячего водоснабжения. Обслуживает дома (коттеджи) площадью 200…400 м2.

Оборудуется внешним аккумулятором (180 л), компрессором (6200 Вт), 2 частотными циркуляционными помпами (300 Вт), 3-ступенчатым ТЭНом (3000/6000/9000 Вт) и запорно-регулирующей арматурой. Потребляя 2,9 кВт, производит 13,0 кВт тепловой энергии.

COP при температуре 45 °С – 3,4, t на входе ≤ +60 °С. Хладагенты R410A (для сети 380 Вт) и R407C (для сети 220 Вт).

Плюсы:

  • экономичный и эффективный режим эксплуатации: гибкое автоматическое управление – технологии Opti и HGW (отопление и ГВС работают одновременно);
  • низкие эксплуатационные тарифы;
  • доступность нагрева бассейна и охлаждения комнат;
  • комфортность управления: могут использоваться компьютер, планшет или телефон;
  • высокий КПД: благодаря антифризу (этанол + рассол) с очень низкими температурами испарения и замерзания (‒17 °С);
  • большой комплект поставки: бачки, предохранительные клапаны, шаровые краны, гибкие шланги, наружный температурный датчик;
  • тепловые насосы Danfoss DHP-L Opti Pro+13 не нуждаются в специально приспособленном помещении: сравнительно малый вес (152 кг), небольшие габариты (1,5×0,7×0,6 м), малошумность (47 дБ);
  • экологическая и взрыво-, пожарная безопасность;
  • эстетичный внешний облик и долгий срок эксплуатации.

Минусы:

  • дорогие предварительные работы;
  • высокая цена: 566,271-650,212 тыс. руб.;
  • для окупаемости нужно ±10 лет.

Viessmann Vitocal 350-A AWHI 351.A10 – класс воздух-вода

Тепловой насос Viessmann Vitocal 350-A AWHI 351.A10 устанавливается для О и ГВС внутри зданий малых и средних размеров.

При температурах наружного воздуха / подаваемой воды +2 °С / +35 °С, соответственно, потребляет / производит 2,9 / 10,6 кВт тепловой энергии, коэффициент COP при этом составляет 3,6. Максимальная входная t воды +65 °С.

Комплектуется спиральным компрессором, вентилятором (110 Вт), хладагентом R407C, контроллером Vitotronic 200 W01B. – А также циркуляционными насосами Grundfos UPS 25-60 и Wilo RS 25/6-3.

Плюсы:

  • минимальные затраты при эксплуатации: благодаря системе диагностики RCD в комплексе с расширительным электронным клапаном EEV;
  • отсутствие финансовых вложений на земляные работы: в них нет необходимости;
  • удобство и простота пользования: наличие цифрового контролера; доступность управления дистанционно;
  • широкие возможности: управление (при наличии) жидкотопливным, газовым, в том числе проточным, котлами, а также нагревом бассейна и охлаждением помещений;
  • широкая дополнительная комплектация: циркуляционными насосами, группой безопасности, переключающими клапанами;
  • тепловые насосы Viessmann Vitocal 350-A AWHI 351.A10 монтируются практически в любом удобном месте: незначительный шум (48 дБ), оптимальные габариты (1,9×0,9×0,9 м), сравнительно небольшая масса (287 кг);
  • высокий КПД и дешевая эксплуатация;
  • экологическая и пожарная безопасность;
  • современное дизайнерское исполнение и долгий срок службы.

Минусы:

  • дорого: 451,463-893,469 тыс. руб.
  • долгий срок окупаемости: ≈ 10 лет.

Лучшие тепловые насосы для воздушного отопления

Mammoth MSR L036HHF – класс вода-воздух

Тепловой насос Mammoth MSR L036HHF при обогреве небольших и средних по квадратуре зданий потребляет / отдает 2,6 / 11,7 кВт энергии, при охлаждении – 2,4 / 9,2 кВт.

Оборудуется роторным компрессором, вентиляторным блоком и фреоновым (R22) контуром. Также оснащается фильтром и контрольным щитом с панелью ввода, трансформатором и реле.

Фреоновый контур состоит из коаксиального теплообменника, группы безопасности и 2 клапанов. Результат действия аппарата (220 В) – нагнетание образованного теплого воздуха прямым или боковым способом.

Плюсы:

  • экономичность и энергоэффективность: высокий КПД благодаря свойствам фреона – процессы нагревания и испарения происходят при низких температурах;
  • коррозионная стойкость и шумоизоляция: корпус создан из гальванизированной стали и покрыт стекловолокном;
  • простота монтажа и удобство эксплуатации: компактность (0,3×0,2 м), небольшой вес (104 кг), незначительный уровень шума (47 дБ);
  • тепловые насосы Mammoth MSR L036HHFпросто управляются: с помощью панели;
  • отсутствуют дорогие подготовительные работы;
  • сравнительно быстрая окупаемость;
  • экологичность, безопасность и долгий срок службы.

Минусы:

  • высокая цена: 244,085-302,120 тыс. руб.;
  • не очень эстетичный внешний вид;
  • не всегда сборка наивысшего качества.

Mitsubishi Electric MSZ-SF25VE / MUZ-SF25VE – класс воздух-воздух

Тепловой насос Mitsubishi Electric MSZ-SF25VE / MUZ-SF25VE – сплит-система, рассчитанная на обслуживание комнаты с S = 20 м2. При обогреве мощность потребления / производства составляет 780 Вт / 3200 Вт, при охлаждении – 600 Вт / 2500 Вт.

Добавочные режимы: стандартная вентиляция, самодиагностика поломок, поддержание температуры на автомате, осушение. Работает прибор от однофазной сети (220 В) с помощью вентилятора на 5 скоростей. В оснащении антиоксидантный фильтр и хладагент R410A.

Плюсы:

  • экономичность: высокий КПД, возможность задавать режим функционирования, класс энергопотребления А;
  • эффективность: множество как основных, так и дополнительных опций;
  • практичность: наличие функции фиксации настроек, системы противообледенения, регулировки направления потока;
  • комфортность эксплуатации: пульт ДУ и таймер вкл./выкл.; минимальный шум – от 19 до 45 дБ;
  • возможность регулировки мощности: тепловые насосы Mitsubishi Electric MSZ-SF25VE / MUZ-SF25VE обладают инвертором;
  • простой монтаж: способствуют малые размеры: внутреннего блока – 80×30×20 см, внешнего кондиционера – 80×55×29 см;
  • симпатичный дизайн и долголетие.

Минусы:

  • дороговато: 54,900-59,990 тыс. руб.;
  • пульт: неудобные размеры, отсутствует подсветка.

Тепловой насос: виды и принцип работы

Первые теплонасосы создали более полувека назад, сейчас их изготовление переросло в отдельную отрасль. Во всем мире работают сотни производителей тепловых насосов, предлагающих огромное количество разных моделей с большим набором различных функций. Сегодня теплонасосы — основной способ отопления в европейских странах. Это обусловлено множеством преимуществ этого оборудования.

Принцип действия

Принцип действия теплонасосов простой. В основе работы находится способность хладагента поглощать или передавать тепло с учетом изменения своего агрегатного состояния. По сути, термонасосы практически не отличаются от холодильных установок.

Схематично теплонасос можно представить в виде системы, которая имеет три контура:

  • В первом контуре расположен тепловой носитель, который переносит энергию от источника низкопотенциального тепла.
  • В следующем циркулирует хладагент. Он может испаряться, забирая тепловую энергию из первого контура, или заново конденсироваться, передавая тепло третьему контуру.
  • В последнем контуре циркулирует теплоприемник (обычно вода), который переносит тепло по батареям для отапливания дома.

То есть жидкий фреон поступает в испаритель, в котором преобразуется в газообразное состояние. Требуемая энергия для прохождения этого процесса забирается у теплового носителя, который циркулирует по первому контуру. Затем нагретый на 2−3 градуса газообразный фреон поступает в компрессор, основное предназначение которого — сжатие газа.

Давление газа увеличивается, причем он сильно нагревается (на входе температура может составлять 7−12C, а на выходе более 50C). Далее горячий газ переходит в конденсатор и передает тепло отопительной системе, переходя при этом в жидкое состояние. После лишнее давление сбрасывается спусковым клапаном, и цикл повторяется.

Основные виды

Тепловая энергия, которая расходуется на отопление загородного дома и для подачи горячего водоснабжения, это результат преобразования энергии из внешней среды при помощи термонасоса. Помпа концентрирует эту низкотемпературную энергию и переносит ее по отопительной системе.

Чаще всего бытовые насосы используют тепло солнечного освещения или тепло поверхности Земли, которое скапливается в верхних частях земной коры или подземных водах на протяжении года. То есть по конструкции все теплонасосы можно разделить на воздушные, водяные и грунтовые.

Грунтовые помпы

Этот вид насосного оборудования получает тепло от грунта. Температура земли на глубине более 3 м почти не подвергается сезонным перепадам. По замкнутому контуру труб, устроенным в грунте, циркулирует этанол или антифриз. Трубопровод теплообменника можно прокладывать в грунте горизонтальным или вертикальным способом.

Трубы при горизонтальной системе нужно установить в землю ниже промерзания грунта (чаще всего это 1,6−2,1 м). Теплообменник этого типа занимает значительную площадь. Так, для отопления дома в 100 м² требуется примерно 10−20 м² земли.

На участке, который занят коллектором, можно высаживать только те растения, у которых корневая система не уходит в грунт очень глубоко, также запрещается сооружать какие-то капитальные постройки.

При устройстве вертикального теплообменника трубы устанавливают перпендикулярно уровню земли и погружают в грунт примерно на 150−220 м. Число монтируемых зондов будет зависеть от мощности обогревательной системы. То есть для отопления дома 100 м² потребуется 2 зонда длиной примерно 90 м, находящихся друг от друга с интервалом 4−6 м.

Для установки этого теплообменника не потребуется много места, можно сделать скважины на любом участке, где это возможно. Основной недостаток вертикальных систем — дорогая стоимость бурения глубоких скважин.

Водяное оборудование

Этот вид помп «забирает» энергию у подземных вод. Такой тепловий насос характеризуется высокой эффективностью и хорошей стабильностью. Это обусловлено отличной теплоотдачей внутри системы и постоянным термальным режимом подземных вод.

Естественно, требуется чтобы на территории участка находился в большом количестве этот водоносный слой (желательно не глубже 35−45 м). Также условием установки водяного оборудования является минимальное содержание в подземных водах железа и солевых примесей.

Наличие условий является основной причиной того, что такие теплонасосы, невзирая на их привлекательность, монтируются редко (примерно 6−7% от общего количества).

Воздушные агрегаты

В плане простоты установки воздушный тепловой насос для отопления дома имеет значительное преимущество, в отличие от своих аналогов. Для использования воздуха в качестве источника теплой энергии не потребуется бурить скважины либо выполнять иные масштабные земельные работы. То есть воздушная помпа в установке обходится намного дешевле, чем другие два вида насосов.

Невзирая на это огромное преимущество у воздушного оборудования существует один серьезный недостаток. Эта помпа может эффективно работать только при температуре воздуха выше -17C. Снижение температуры ниже установленной границы, что зимой часто случается во многих регионах, приводит к значительному уменьшению коэффициента эффективности этого оборудования.

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации (эффективности) — это соотношение выработанной помпой тепла с учетом затраченного электричества (то есть КПД термонасоса). У разных видов насосов этот коэффициент отличается:

  • В случае водяного оборудования коэффициент равняется 5 независимо от сезона. Это обозначает, что во время потребления 1 кВт/ч электричества система выдает 5 кВт/ч тепловой энергии.
  • У грунтовых помп коэффициент меньше — 4,1−4,5.
  • Самый низкий коэффициент у воздушных насосов, причем эффективность значительно зависит от температуры воздуха. Так при 0C размер коэффициента равняется примерно 3,6, а при -17C он не более 1,6.

При выборе теплового насоса для отопления это один из важных параметров, на который непременно нужно обратить внимание.

Использование с учетом климата

Воздушный тепловой насос для дома подходит для использования только в ограниченном количестве регионов, то есть в тех местах, в которых температура воздуха в зимнее время практически не опускается ниже нуля градусов. Естественно, для жителей Сибири, Крайнего Севера, Дальнего Востока это оборудование не подходит.

Для установки водяных термонасосов существует множество ограничений. Но основная особенность заключается в том, что больше половины территории государства расположена в зоне вечной мерзлоты. Поэтому даже если и есть на участке этот водоносный слой, находящийся не очень глубоко, то все равно эти подземные воды полностью замерзли и имеют форму льда, соответственно, не подходят для отопительных систем.

Так, многим владельцам коттеджей нужно рассчитывать только на грунтовый теплонасос. Причем в условиях многих климатических регионов лучше всего подходит система с вертикальным коллектором, которая позволяет пробурить скважину до глубины, где температура относительно стабильна.

Применение для охладительных систем

Большим преимуществом термонасосов является то, что это оборудование может не только отапливать здание, но и охлаждать помещение.

Конструктивное решение возможности охлаждения зачастую интегрировано в теплонасос изначально, на этапе производства, и почти у всех изготовителей существую модели насосов, которые умеют кондиционировать дом (функция Natural Cooling).

Если насосное оборудование не имеет эту возможность, то его можно переделать. Для этого дополнительно потребуется смонтировать гидравлическую развязку, которая устанавливается вне насоса. Этот вариант не потребуют значительных капиталовложений.

Подавать генерируемый холод в здание можно различными способами. Такую функцию можно возложить на охлаждающие панели, устанавливаемые на поверхности стен, «холодный» теплый пол, отопительные радиаторы или фанкойл — агрегат, где в корпусе находится обдуваемый с помощью вентилятора теплообменник.

Для горячего водоснабжения

Все термонасосы могут не только отапливать помещение, но и круглый год подавать горячую воду. Но нужно учесть, что это оборудование является низкотемпературным, соответственно, температура воды в водонагревателе будет не более 40−50C. То есть объем бойлера обязан быть больше, чем во время эксплуатации обычной системы отопления. Поэтому может потребоваться жесткая экономия горячей воды в зимнее время.

Этот факт необходимо учесть при проектировании месторасположения и соответствующей площади для котельной. Также во время выбора бойлера нужно не забывать, что для этого потребуется специальное оборудование, которое рассчитано на работу с тепловыми насосными установками. Основное отличие этого бойлера от традиционного — большая площадь теплообменника, требующаяся для эффективной передачи тепловой энергии от термонасоса.

Со встроенным ТЭНом

Часто во время производства изготовители дополнительно встраивают в теплонасосы электрические нагреватели. Это позволяет при необходимости переходить на альтернативный для термонасоса источник энергии — электричество.

Это объясняется следующими факторами. Выбор теплонасоса для отопительной системы производится с учетом разных параметров, в частности и особенностями климата конкретного региона. Причем является нецелесообразным монтировать оборудование с избыточной мощностью. Просто экстремальные заморозки случаются редко.

Как показала практика, самым экономным способом «добрать» в эти холодные дни требуемую мощность — это электроэнергия. Это дешевле, чем изначально монтировать насос повышенной мощности. Наличие электрического нагревателя позволяет исключить необходимость устанавливать более мощный насос, чем это необходимо.

Для хозяев грунтовых или водяных теплонасосов установленный ТЭН не является необходимостью. Совершенно по-другому происходит ситуация с воздушным оборудованием. При температуре -17C этот насос будет малопроизводительным. Установка дополнительного теплового генератора в этом случае целесообразна.

Особенности выбора

Теплонасос — это устройство технически сложное и довольно дорогостоящее, потому подходить к приобретению этого оборудования нужно очень тщательно. Существует ряд рекомендаций, которые смогут в этом помочь:

  1. Не стоит приступать к выбору теплонасоса без предварительного выполнения расчетов и разработки проектной документации. Не соблюдение этого правила может являться причиной серьезных ошибок, и исправить их можно будет только с помощью значительных дополнительных материальных затрат.
  2. Доверить разработку проекта, установку и гарантийное обслуживание термонасоса и отопительной системы следует лишь профессиональной компании. Для начала нужно проверить наличие всех требуемых документов строительной организации, портфолио уже установленных систем, сертификаты на реализуемое оборудования. Лучше всего чтобы полностью комплекс требуемых работ производила одна фирма, которая в этом случае несет всю ответственность за установленную отопительную систему.
  3. Желательно выбирать теплонасос от европейского производителя. Отличие по стоимости при выборе российских или китайских устройств незначительное. Во время разработки сметы стоимости работ по установке, запуску и наладке всей отопительной системы разница в цене почти незаметна. Но европейское оборудование надежней в эксплуатации, так как завышенная стоимость насосного оборудования — это только результат использования качественных материалов и современных технологий.

Тенденции к увеличению цен на природный газ, а также дорогостоящее подключение к тепловым и электрическим сетям, безусловно, являются основными факторами, дающими толчок популяризации теплонасосов. Сегодня многие застройщики и хозяева частных владений прибегают к установке альтернативных отопительных систем. И их количество ежегодно увеличивается.

Тепловые насосы. Виды и устройство. Работа и применение

Комфорт и тепло в наших квартирах и домах обеспечивается с помощью источников энергии, независимо от погоды и времени года. Мало кто задумывается о том, что запасы топлива в виде угля, нефти и газа не бесконечны. Чтобы не расходовать богатые ресурсы недр земли, и оставить некоторый запас для будущего поколения, ученые создали устройства, позволяющие использовать альтернативные источники энергии, возобновляемые с течением времени, одними из подобных разработок стали тепловые насосы.

Они работают на основе применения тепла, выделяемого поверхностью Земли, а также атмосферой. В Европе тепловые насосы уже давно используются для отопления жилья, как, например, стиральная машина, или кондиционер.

В нашей стране такое устройство еще не приобрело широкую популярность. Но постепенно такой вид тепла начинает практиковаться и в российских жилых помещениях, хотя цены на такое оборудование пока еще довольно высоки, и многим людям недоступны.

Виды

Тепловые насосы классифицируются в зависимости от применяемой в работе среды для получения энергии, и метода ее передачи.

Имеется несколько видов тепловых насосов:
  • Воздух – вода.
  • Воздух – воздух.
  • Вода – вода.
  • Вода – воздух.
  • Грунт – вода.

Тепловые насосы являются геотермальными, так как для их работы требуется энергия тепла земли или подземных вод. Такие насосы производят обмен тепла, действуя с закрытым или открытым циклом работы.

Устройство и принцип работы

В окружающей среде имеется множество источников тепла, работающих в постоянном режиме круглый год. Например, зимой в морозы температура воды в реке подо льдом имеет положительную температуру. Такое же явление можно наблюдать и в глубине земли. Там температура всегда поддерживается на одном уровне, и равна средней величине за год данного района местности. Воздух также имеет большой запас тепла.

График температуры в земле

Температура воздуха, земли и воды невысокая, но имеет определенную стабильность. Такие источники тепла можно назвать низкопотенциальными. С помощью современных высоких технологий и законов теплофизики можно преобразовать небольшую разницу температур в нагревание теплоносителя. Если зимой мороз 20 градусов, то в глубине земли температура 7 градусов тепла. Это уже значительный температурный перепад, которым можно воспользоваться для получения тепла.

Такие свойства стабильности температуры в окружающей среде заложены в принципе действия теплового насоса. Он перекачивает тепло из постоянного источника и концентрирует его. Эту работу можно сравнить с действием холодильника. Продукты, которые мы кладем в морозильную камеру, имеют невысокую температуру. Однако, если потрогать решетку теплообменника сзади холодильника, то она окажется горячей.

Холодильник не является удачным примером, так как в нем нет стабильного источника тепловой энергии. Для теплового насоса такой источник можно легко найти, или сделать искусственно. Тогда такое устройство будет работать по принципу, обратному работе холодильника. Он будет работать не для охлаждения, а для получения тепла.

Тепловые насосы состоят из системы с тремя контурами, по которым циркулирует теплоноситель.

В корпусе насоса (1) расположены 2 теплообменника (4, 8), компрессор (7), контур циркуляции (5), регулирующие приборы и управление. 1-й контур в корпусе (1) с насосом (2) размещен в источник тепла. При получении тепла от внешнего постоянного источника, и нагреваясь на несколько градусов, теплоноситель доходит до теплообменного устройства на основе испарителя (4), в котором осуществляется первый этап отдачи тепла, полученного из внешнего источника.

Вещество, применяемое в качестве хладагента для внутреннего контура, обладает очень малой температурой кипения. Чаще всего таким веществом является двуокись углерода, либо фреон.

Хладагент поступает в испаритель в жидком виде и низкого давления, что обеспечивается регулируемым дросселем (10). Входное отверстие выполнено в виде капилляров, что позволяет хладагенту перейти из жидкого состояния в газообразное. В этом способствует также и форма испарителя.

По физическим законам испарение сопровождается значительным охлаждением и поглощением тепла из внешней среды. Так как рассматриваемая часть внутреннего контура находится в одном теплообменнике с 1-м контуром, то хладагент отбирает тепло от теплоносителя, при этом охлаждая его. Охлажденный теплоноситель дальше циркулирует и набирает тепло из наружного источника.

Фреон, находясь в газообразном состоянии, попадает в компрессор (7), в котором сжимается и сильно нагревается. Дальше он поступает в другой теплообменник (8), в котором находятся трубы 3-го контура насоса (11) и конденсатор.

В этом теплообменнике начинается обратный процесс – фреон конденсируется, переходит в жидкость, при этом тепло отдает на теплоноситель 3-го контура. Находясь в жидком виде и при большом давлении, фреон проходит по дросселю, в котором давление уменьшается. Далее физические процессы изменения состояния фреона повторяются снова и снова.

В 3-й контур теплового насоса через теплообменник (8) поступает тепловая энергия от нагретого с помощью компрессии хладагента. Третий контур оснащен отдельным циркуляционным насосом (12), который создает перемещение теплоносителя по трубам системы отопления.

Более рациональным решением может служить аккумулятор тепла в виде изолированной емкости (13), в которой станет накапливаться тепло. Этот резерв тепловой энергии можно тратить для различных нужд: горячего водоснабжения, отопления, по мере надобности с постепенным расходом. Такая мера дает возможность защитить себя на случай аварии, а также применять ночной тариф, при котором электроэнергия стоит дешевле.

При наличии буферной аккумулирующей емкости, к ней подключается отопительный контур (14) со своим отдельным насосом циркуляции (15), который обеспечивает движение теплоносителя по отопительной системе труб (16). Также можно подключить и другой контур для снабжения горячей водой.

Тепловые насосы не могут обходиться без электричества, которое требуется для работы компрессора. Насосы циркуляции контуров также расходуют электроэнергию. По расчетам специалистов и производителей таких установок, расход электроэнергии не сопоставим с количеством полученного тепла.

При правильной установке и нормальных условиях работы тепловые насосы обеспечивают значительный эффект получения тепла. Другими словами, при расходовании 1 кВт электроэнергии с помощью насоса можно получить на выходе около 4 кВт тепловой энергии.

Здесь большое значение имеет рациональное применение электричества для преобразования и перекачки энергии, которая приходит от стабильного внешнего источника тепла.

Полученное тепло от внешних источников можно расходовать на следующие нужды:

1 — Водяные теплые полы . Тепловые насосы поднимают температуру до 60 градусов, которых хватает для нагрева пола.
2 — Снабжение горячей водой . Чаще всего в системах горячего водоснабжения температура поддерживается 55 градусов.
3 — Радиаторы отопления . Такой температуры для радиаторов недостаточно. Можно увеличить число секций, либо применять особые низкотемпературные радиаторы.
4 — Кондиционирование воздуха . Эта функция тепловых насосов является их достоинством. В жаркое время такое устройство можно переключать на режим кондиционера. При этом тепло из помещения уходит в водоем или грунт.

Низкопотенциальные источники тепла

В роли таких источников могут использоваться: вода в водоемах, подземных источниках, колодцы, грунт, атмосферный воздух, либо теплые потоки воздуха, которые отводятся от цехов в промышленности. Рассмотрим некоторые из источников тепла.

Энергия грунта

Ниже границы промерзания грунта температура стабильна круглый год. Это явление применяется для действия тепловых насосов. Для таких систем выполняют специальные тепловые поля. На них снимается верхняя часть почвы на глубине 1,5 метра. Укладываются контуры из труб. Их эффективность зависит от климатических условий этой местности.

Энергия скважин

На небольшом участке можно пробурить скважину и забирать из нее тепло. Чем глубже скважина, тем более стабильной является в ней температура в любое время года. В нее опускается специальный трубчатый зонд с теплоносителем.

Энергия водоемов

Находящиеся рядом водоемы с достаточной глубиной, могут являться источником тепла. Зимой вода подо льдом находится в жидком виде, и имеет температуру больше нуля. Принцип действия при этом остается прежним: в водоем укладывается теплообменник в виде труб, по которым циркулирует теплоноситель.

Энергия воздуха

Для обогревания жилого помещения или для снабжения горячей водой тепло можно получать из окружающего воздуха. На этом принципе действуют насосы «воздух-воздух», и «воздух-вода». Это такой же кондиционер, переключенный в режим отопления и нагрева воды.

Читайте также:  Вакуумные насосы – устройство, принцип работы, виды и изготовление своими руками
Ссылка на основную публикацию