Технология сборки теплового насоса типа вода-вода с отбором тепла из скважины

Сборка насоса из старого холодильника

Тепловой насос изготовить из старого холодильника можно двумя способами.

В первом случае холодильник должен находиться внутри помещения, а снаружи требуется проложить 2 воздуховода и врезать в переднюю дверку. По верхнему воздух попадает в морозилку, происходит охлаждение воздуха, и по нижнему воздуховоду он покидает холодильник. Помещение греется от теплообменника, который расположен на задней стенке.

По второму способу своими руками сделать тепловой насос тоже довольно просто. Для этого понадобится старый холодильник, его надо только встроить снаружи отапливаемого помещения.

Как работает тепловой насос системы вода-вода

Принципиальная рабочая схема теплового насоса вода-вода, заключается в преобразовании низкопотенциальной энергии в тепло, достаточное для обогрева помещений. Для этого, в устройстве используются различные узлы.

Общий принцип работы теплового насоса вода-вода, можно описать следующим образом:

• Первичный теплообменник – контур, по которому циркулирует хладагент, располагают на дне водоема, глубже, чем 3 метра над уровнем поверхности. На этой глубине, вода не промерзает и даже зимой сохраняет плюсовую температуру. Циркулируя по водяному контуру, антифриз нагревается до 6-8 градусов, после чего подается в корпус теплонасоса.Существует вариант, который предусматривает использование скважины для насоса типа вода-вода. В таком случае, осуществляется забор жидкости из источника, с последующим возвратом в другую скважину, расположенную рядом. При этом отсутствует необходимость в антифризе, используемого для передачи энергии. Вода перекачивается через теплообменник, отдавая тепло при непосредственном контакте.

Теплообменник насоса вода-вода – строго говоря, устройство имеет два модуля, которые по принципу работы напоминают теплообменник – испаритель и конденсатор. В первом происходит испарение фреона. При этом хладагентом поглощается низкопотенциальная энергия, извлеченная из воды. Фреон, в газообразном состоянии, подается в компрессор.

Дальше требуется преобразовать низкопотенциальную энергию в тепло, достаточное, чтобы нагреть теплоноситель. Для этого, тепловые насосы вода-вода используют компрессор, где под давлением фреон разогревается, после чего поступает во второй теплообменник, называемый конденсатором.

Если при испарении хладагент поглощает большое количество тепла, то во время обратного преобразования в жидкость, энергия выделяется заново. Только теперь, минимальная температура на выходе, составляет не 6-8°С, как было в начале, а 40-70°С. Чтобы преобразовать фреон в газообразном состоянии обратно в жидкость, его под давлением подают в конденсатор. Хладагент конденсируется на стенках, которые расположены в накопительной емкости, подключенной к системе отопления. В результате, разогревается теплоноситель и вода для горячего водоснабжения.

Режим работы ТН вода-вода эффективен по той причине, что озеро или другой водоем, никогда не замерзают полностью. Льдом покрывается только поверхность, создавая надежную теплоизоляцию. Подобный принцип действия настолько эффективен, что становится возможным применение ТН вода-вода в северных регионах России.

Европа

Прогрессивная европейская политика в области охраны окружающей среды заложила основу для развития рынка тепловых насосов и стала примером реализации принципов глобального устойчивого развития.

Финляндия, Франция, Германия, Италия, Нидерланды, Португалия, Испания, Великобритания и ряд других стран используют субсидии, способствующие активному распространению тепловых насосов для замены бытовых мазутных и газовых котлов. В Германии, Нидерландах и Испании субсидируется также приобретение оборудования коммерческого назначения.

Благодаря такой политике европейский рынок тепловых насосов «воздух-вода», где лидирует Франция, процветает. Ведущие производители из Японии увеличивают вложения, рассчитывая воспользоваться крайне благоприятным бизнес-климатом, установившимся в регионе на ближайшие годы. JARN оценивает объём европейского рынка тепловых насосов «воздух-вода» в 2021 году в 1,09 млн единиц оборудования (рост по сравнению с 2020 годом — 46,1 %). Крупнейшей страной-потребителем на европейском рынке такого оборудования является Франция, доля которой составляет 35,5 %, следом идут Италия и Германия. Три эти страны вместе занимают 63 % европейского рынка тепловых насосов «воздух-вода».

Безопасность и экологичность

Тепловой насос — хорошее устройство, которое идеально подойдёт для обогрева здания в качестве вспомогательного источника тепла.

В качестве топлива в таком случае используются ресурсы окружающей среды, поэтому тепловой насос считается возобновляемым источником энергии.

Главные преимущества — безопасность и экологичность, поскольку для эксплуатации не используется сжигание газа или угля.

Такой прибор не навредит человеку и окружающей среде, но использовать его следует с умом, поскольку в ряде случаев применение этого прибора может быть нецелесообразно с инженерной или экономической точки зрения.

Региональные особенности

Зимний обогрев с использованием циркуляции горячей воды глубоко укоренился в европейской отопительной культуре. Из-за разницы в климатических условиях и привычках населения требования к тепловым насосам в разных частях Европы отличаются. Производителям приходится разнообразить ассортимент предлагаемой продукции, чтобы удовлетворить это разнообразие потребностей.

В целом, по климатическим параметрам европейский рынок делится на три основные зоны: тёплую, холодную и чрезвычайно холодную.

Испания и Италия относятся к тёплым регионам. Для них характерна потребность в отоплении зимой и кондиционировании воздуха летом. Реверсивные модели, способные переключаться между режимами обогрева и охлаждения, здесь особенно популярны. Так как Испания и Италия – основные потребители кондиционеров воздуха в Европе, местный рынок прекрасно знаком с методами монтажа и обслуживания наружных блоков тепловых насосов «воздух-вода», изготовленных в виде сплит-систем. Значительная часть тепловых насосов в регионе продаётся по тем же каналам, что и кондиционеры воздуха.

В холодных регионах, таких как Германия и Австрия, в прошлом не возникало особой потребности в кондиционировании воздуха летом. В последние годы страны, расположенные в средних широтах, испытывают воздействие изменения климата, что способствует расширению рынка кондиционеров воздуха. В регионе преобладают и являются наиболее предпочтительными компактные и малозаметные наружные блоки

Внешний вид и способность не портить городской пейзаж приобретают особую важность. Потребители в этих регионах отдают предпочтение моделям высокой ценовой категории

Северные регионы относятся к зоне с чрезвычайно холодным климатом. Можно сказать, что функция отопления жизненно важна для обитателей Севера, так как позволяет им противостоять суровым холодам. Работа тепловых насосов «воздух-вода» в условиях очень низкой температуры наружного воздуха требует не только высокой теплопроизводительности, но и предъявляет повышенные требования к надёжности системы

Кроме того, в северных регионах уделяется особое внимание эстетической составляющей оборудования

Европа отличается разнообразием не только климатических зон, но и языков общения – всего их более 50, из которых 24 являются официальными языками Европейского союза. Следовательно, индикация и сервисная документация оборудования для европейского рынка должна выполняться на нескольких языках. Многие производители используют свои европейские филиалы для предоставления многоязычного обслуживания.

Тепловые насосы «воздух-вода» для холодного климата

Спрос на тепловые насосы «воздух-вода» в ряде регионов с холодным климатом ограничен. Это связано как с конкуренцией со стороны других видов отопления, так и с потерями теплопроизводительности и снижением эффективности тепловых насосов при низких температурах наружного воздуха. Однако в настоящее время становятся доступными модели, отличающихся улучшенными характеристиками при работе в холодном климате. Это должно способствовать более широкому распространению тепловых насосов «воздух-вода» в северных районах, где отопление сейчас осуществляется в основном за счёт сжигания ископаемого топлива.

Некоторые производители разработали тепловые насосы «воздух-вода» для чрезвычайно холодного климата, способные обеспечить отопление помещений и нагрев воды даже при очень низких температурах наружного воздуха. Такие модели гарантируют работу без потери эффективности при температуре до -15 °С и бесперебойную работу при температуре до -28 °С.

Воздух

Для применения воздуха окружающей среды в качестве НТИТ в состав периферийного оборудования теплонасосных установок необходимо включать воздушные теплообменники с вентиляторами. Воздух подается в теплообменник испарителя ТН, отдает теплоту и, охлажденный, возвращается в окружающую среду. Что при этом происходит в штилевую погоду?

Охлажденный воздух как более плотный осаждается вокруг отапливаемого здания. Для поддержания в помещении заданной температуры потребуется увеличить термическое сопротивление наружных ограждений здания, учесть снижение температуры инфильтрационного воздуха здания.

Воздушные потоки (ветер), неразрывность потоков и прочие факторы способствуют перемешиванию отработанного воздуха с окружающим, но это мало что меняет. В больших массивах застройки будет изменение микроклимата плюс дополнительный шум от оборудования. Основным же возражением против использования в отопительный период воздуха в качестве НТИТ в РФ будет, как и следует из инструкций к большинству «воздушных» ТН, требование работы при положительных (>2-3 ОС) температурах среды. (В настоящее время существуют модели «воздушных» ТН, способные работать при температурах наружного воздуха до -25 ОС — прим. ред.).

Применение «воздушных» ТН в условиях, аналогичных средней полосе России, малоэффективно. Возвращаясь к климатическим условиям, отметим, что для эффективной работы ТН перепад температур между НТИТ и подающей линией ТН (50 ОС) должен быть равен 10-15 ОС, а для условий средней полосы России он составляет 53-71 ОС и более, при максимально допустимом значении 45-50 ОС , т.е. коэффициент использования первичной энергии будет незначительным (при степени термодинамического совершенства реального процесса v=0,5, КПД электростанции 0,35 и расчетной температуре воздуха от -3 до -21 ОС коэффициент использования первичной энергии составит значение Ψ=1,1-0,68).

«Умные» тепловые насосы «воздух-вода»

Для удалённого управления функциями отопления и подготовки горячей воды, а также контроля потребления энергии, некоторые производители предоставляют «умные» облачные сервисы для своих тепловых насосов «воздух-вода». Подключение к облачному порталу позволяет дистанционно управлять всеми функциями устройства. Преимущества облачных порталов включают энергосбережение, удобство, управление из любого места, повышение эффективности, переключение между источниками энергии.

Быстрый рост производства электроэнергии из возобновляемых источников создал проблему разрыва между потреблением и производством электричества. Для её решения тепловые насосы оснащают функцией управления «интеллектуальной энергосетью» (Smart Grid), обеспечивающей гибкое управление спросом на энергию. Такие устройства способны менять режим энергопотребления при поступлении соответствующего сигнала на контроллер.

Устройство теплового насоса

Принцип действия давно известен. Есть три замкнутых герметичных контура — внутридомовой, компрессорный, внешний.

Основные компоненты:

1. Система отопления. Оптимально применить теплые полы. Дополнительная опция — горячее водоснабжение.
2. Конденсатор. Передает энергию, собранную вовне, от хладагента (обычно фреон) к теплоносителю (вода) отопления.
3. Испаритель. Отбирает тепловую энергию у теплоносителя (например, этиленгликоль), циркулирующего во внешнем контуре.
4. Компрессор. Перекачивает хладагент от испарителя, переводя его из газообразного в жидкое состояние, повышая давление и охлаждая в конденсаторе.
5. Расширительный клапан. Устанавливается испарителем. Регулирует поток хладагента.
6. Внешний контур. Укладывается на дно водоема или опускается в скважины.
7. Насосы внутреннего и внешнего контура.
8. Автоматика. Управляет системой по заданной величине обогрева помещения и изменений температуры наружного воздуха.

Внешний контур в пруду неподалеку от здания выглядит таким образом.

Коллектор эффективен круглогодично. Зимой на глубине более 3-х метров температура воды достаточна для нагрева.

После испарителя хладагент проходит компрессор , где его давление и температура увеличиваются. Потом в конденсаторе отдает тепло системе отопления.

Затем хладагент проходит дроссель, где резко падает давление вследствие расширения. При переходе в газообразное состояние почти мгновенно температура хладагента сильно уменьшается. Этот процесс можно ощутить на практике при заправке газовой зажигалки из баллончика со сжиженным газом. Значительный температурный перепад способствует эффективному поглощению тепла хладагентом из внешнего контура.

Есть вариант с разомкнутым коллектором. Возможен, когда вода хорошего качества. Тогда системе и насосу не угрожает заиливание, отложение солей жесткости, ускоренная коррозия.

Такие теплогенераторы получили практическое применение только после энергетических кризисов 70-х годов прошлого столетия.

До тех пор их развитие тормозила относительная дешевизна энергоносителей — нефти, газа и т. п. Кроме того, несовершенство технологий сдерживало массовое внедрение инновации.

Тепловой насос для нагрева воды: монтаж в систему отопления

Самодельный тепловой насос вода-вода

При монтаже системы отопления следует учесть, что вода в конденсаторе прогреется всего лишь до 40-50 градусов Цельсия. Поэтому в качестве «потребителя» энергии теплового насоса может выступать только низкотемпературная система отопления, например, теплый пол. Или любой другой объемный радиатор, эффективность которого определяется не температурой, а габаритной площадью излучения.

Причем, в большинстве случаев, самодельный тепловой насос можно использовать лишь в качестве вспомогательного источника энергии, поддерживающего работу электрического или газового котла.

Полноценное отопление и обогрев гарантирую только высокоэффективные «заводские» агрегаты, разогревающие конденсатор до 75 градусов Цельсия и выше.

Впрочем, эффективные результаты способен продемонстрировать лишь «бредовый» агрегат, а вот  тепловой насос вода — вода китайского производства отличается от качественной самоделки лишь более продуманной системой автоматизации управления насосом.

https://youtube.com/watch?v=2pEnKfMgf7g

США

Из-за разницы в подходах к отоплению спрос на тепловые насосы «воздух-вода» для обогрева помещений в США невелик. В то же время, число таких устройств для подготовки горячей воды для бытовых, коммерческих и промышленных нужд постоянно растёт.

Коммунальные службы и некоторые муниципалитеты стимулируют переход пользователей с газового отопления на электрическое с помощью поощрительных программ.

В 2021 году объём рынка тепловых насосов «воздух-вода» со встроенными баками в США составил 112 000 единиц оборудования. Моноблочные тепловые насосы и системы, состоящие из внутреннего и наружного блоков (сплит-системы), не слишком распространены в США. Ежегодный объём продаж бытовых водонагревателей (независимо от типа) огромен и составляет 8—10 млн единиц оборудования, однако доля тепловых насосов на этом рынке мала.

Перспективным направлением для бизнеса в США являются тепловые насосы «воздух-вода» для обслуживания плавательных бассейнов.

Анализ рынка

На производство и продажи тепловых насосов «воздух-вода» в 2021 году негативно влияли такие факторы, как рост цен на сырьё, дефицит полупроводников, а также непредсказуемость производственно-сбытовой цепи. Несмотря ни на что, спрос на оборудование этого типа продолжал быстро расти, подстёгиваемый программами субсидирования.

Капитальные затраты для стандартного бытового теплового насоса «воздух-вода» втрое выше, чем для котлов, работающих за счёт сжигания топлива. Следовательно, продвижение тепловых насосов без государственной поддержки в виде денежных субсидий затруднено. Китайский рынок – не исключение, и программы поощрения являются наиболее значимой движущей силой его роста.

Воздействие ВТН на окружающую среду.

Помимо финансовых преимуществ установки ВТН, модернизация климатической системы имеет ряд положительных экологических последствий.

Высокая эффективность преобразования означает, что вы будете использовать меньше топлива для обогрева или охлаждения вашего дома. Это значит, что на электростанциях вырабатывается меньше энергии из ископаемых видов топлива, таких как уголь и нефть, что снижает количество выбросов парниковых газов и других загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу.

Вы можете еще больше снизить углеродный след, если переведете все энергопотребление, с ископаемого топлива на солнечную энергию. Установка солнечных панелей на крыше позволяет питать систему ВТН (и весь ваш дом) бесплатной электроэнергией с нулевым уровнем выбросов СО2.

Экономические и экологические аспекты использования энергоустановок на базе тепловых насосов

Стоимость теплонасосной станции (ТНС) мощностью от 100 до 10000 кВт в странах Западной Европы составляет 600-700 долл./кВт, в то время как стоимость теплонасосов АО «Энергия» в том же диапазоне мощностей при приблизительно равной энергетической эффективности и сдаче объекта «под ключ» составляет 600-700 тыс. руб./кВт. Снижение себестоимости тепла, производимого на ТНС, по сравнению с традиционным теплоснабжением составило от 1,5 до 2,5 раз в зависимости от температуры низкопотенциального источника, а общая экономия топлива от всех запущенных в эксплуатацию ТНС составила около 32 тыс. т. у. т. Срок окупаемости у большинства ТНС не превышает двух лет. Опыт эксплуатации ТНС в России показал, что из-за большей продолжительности отопительного перио-да по сравнению, например, с Западной Европой, а также значительно более острой проблемы транспорта топлива экономическая эффективность применения ТНС в России больше, чем в других странах. Доказана возможность применения озонобезопасных фреонов, в частности фреона 142 (R-142 в). Так, в Каунасе работает ТНС с винтовым компрессором единичной мощностью 2 МВт с рабочим телом R-142, хотя термодинамические свойства этого фреона потребовали неординарных решений при создании ТНС с винтовым компрессором . Принимая удельный расход на выработку 1кВт.ч электроэнергии равным 300 г у.т., нетрудно, дать сравнительную оценку вредных выбросов за отопительный сезон (5448 ч) от различных теплоисточников тепло-вой мощностью 1,16 МВт (см. табл. 3).

Табл. 3. сравнительную оценку вредных выбросов за отопительный сезон (5448 ч) от различных теплоисточников

Вид вредного выброса, т/год	Котельная на угле	Электрообогрев	ТН, со средне-годовым КОП =3,6
SOx	21,77	38,02	10,56
NOx	7,62	13,31	3,70
Твёрдые частицы	5,8	8,89	2,46
Фтористые соединения	0,182	0,313	0,087
Всего	34,65	60,53	16,81

Вредные выбросы при использовании теплового насоса — это выбросы в месте производства электроэнергии (за источник электроэнергии принята ТЭС); непосредственно же на месте установки тепловых насосов вредных выбросов нет. Такая ситуация наиболее благоприятна для рекреационных зон. Так, котельная на угле тепловой мощностью 1,16 МВт (1 Гкал/ч), работающая в курортной зоне Алтая — Белокурихе, за отопительный сезон (4880 ч) выбрасывает не менее 31 т вредных веществ. Тепловые насосы общей тепловой мощностью 1,2 МВт, установленные в радонолечебнице на сбросном тепле использованных радоновых вод с температурой 32 ОС, имеют среднегодовой коэффициент преобразования 7,2 и в самой Белокурихе вредных выбросов не производят. На ТЭС, расположенной в 70 км от курорта, вредные выбросы при производстве необходимой для этой ТНС электроэнергии в пересчете на 4,18 ГДж (1 Гкал) вырабатываемого ею тепла составят за отопительный сезон всего 4,31 т. Ниже приведены среднегодовые коэффициенты преобразования теплонасосных установок для Западно-Сибирского региона (отопительный период 5448 ч.) в зависимости от температуры низкопотенциального источника. При одинаковой теплопроизводительности, например 1 Гкал/ч (1,16 МВт), удельная экономия топлива при использовании ТНС составит по сравнению: с электроотоплением 0,277-0,335 т у.т.; с котельной на каменном угле (КПД = 0.65) 0,113-0,121 т у.т.; с котельной на природном газе (КПД = 0,8) 0,072-0,130 т у.т., где первое значение относится к использованию в теплонасосе низкопотенциального источника тепла с температурой 5 °С, второе — с температурой 40 °С .

Назначение

Основными задачами ТП являются:

• учет тепловых потоков и расходов теплоносителя и конденсата
• контроль параметров теплоносителя
• регулирование расхода теплоносителя
• распределение теплоносителя по системам потребления теплоты
• преобразование вида теплоносителя или его параметров
• защита местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя
• заполнение и подпитка систем потребления теплоты
• сбор, охлаждение, возврат конденсата и контроль его качества
• аккумулирование теплоты
• подготовка воды для систем горячего водоснабжения
• отключение систем потребления теплоты

Достоинства и недостатки устройства, особенности эксплуатации

Несомненно, тепловой насос вода-вода является высокоэффективным устройством, которое обладает внушительным количеством достоинств. К ним относят:

Высокая эффективность при небольших затратах электроэнергии. В среднем, количество создаваемой теплососом энергии превышает затраты электроэнергии в 3-4 раза.

Схема подключения

• Абсолютная независимость от углеродного энергоносителя, который стоит не так уж и дешево.
• Подобная тепловая система не требует регулярного контроля и обслуживания.
• Теплонасос вода-вода способен в теплое время года эффективно охлаждать помещения в доме, избавляя тем самым от необходимости приобретать охлаждающие устройства вроде кондиционера.
• Система способна работать не только с искусственно созданными скважинами, но и с природными водоемами.

Но помимо достоинств, в системе наблюдаются и свои «прорехи». Например, сложные конструктивные особенности системы означают довольно сложный монтаж. Также теоретически возможной проблемой может стать иссякание источника воды, если используются грунтовые воды.

Кроме того, довольно-таки часто использование природного водоема становится невозможным, если он располагается на расстоянии более чем 100 м. В этом случае погружение первичного контура теплонасоса в воду абсолютно бессмысленно.

Совет

Следует принять во внимание тот факт, что тепловой насос способен прогреть теплоноситель до 65 градусов (не более), поэтому подобное тепловое устройство целесообразно использовать лишь в достаточно теплых регионах или в домах, где дополнительно вмонтированы теплые полы и другие устройства обогрева.

Для того чтобы устройство функционировало максимально возможный срок, важно соблюдать несколько правил в процессе его эксплуатации. Во-первых, при утечке фреон вызывает у человека удушье, поэтому в качестве меры безопасности в помещении, где будет расположен насос, необходимо установить вытяжную вентиляцию

Во-вторых, в качестве дополнительно источника электроэнергии должен быть предусмотрен электрогенератор на случай отключения стационарного электричества. В-третьих, перед установкой оборудования необходимо позаботиться о достаточно прочном напольном покрытии (в некоторых случаях требуется дополнительный фундамент), поскольку конструкция в целом отличается не только внушительными габаритами, но и немалым весом

Во-первых, при утечке фреон вызывает у человека удушье, поэтому в качестве меры безопасности в помещении, где будет расположен насос, необходимо установить вытяжную вентиляцию. Во-вторых, в качестве дополнительно источника электроэнергии должен быть предусмотрен электрогенератор на случай отключения стационарного электричества. В-третьих, перед установкой оборудования необходимо позаботиться о достаточно прочном напольном покрытии (в некоторых случаях требуется дополнительный фундамент), поскольку конструкция в целом отличается не только внушительными габаритами, но и немалым весом

Для того чтобы устройство функционировало максимально возможный срок, важно соблюдать несколько правил в процессе его эксплуатации. Во-первых, при утечке фреон вызывает у человека удушье, поэтому в качестве меры безопасности в помещении, где будет расположен насос, необходимо установить вытяжную вентиляцию

Во-вторых, в качестве дополнительно источника электроэнергии должен быть предусмотрен электрогенератор на случай отключения стационарного электричества. В-третьих, перед установкой оборудования необходимо позаботиться о достаточно прочном напольном покрытии (в некоторых случаях требуется дополнительный фундамент), поскольку конструкция в целом отличается не только внушительными габаритами, но и немалым весом.

Описание и назначение тепловых насосов

Под тепловым насосом подразумевают конструкцию, способную поглотить рассеянное тепло из грунта, воды и воздуха и перенести его в отопительный контур здания. Принципиальное отличие от других вариантов – возможность тепловой машины переносить тепло от низкотемпературного источника к высокотемпературной системе.

Земля постоянно получает солнечное тепло. Часть его поглощает воздух, но большая доля приходится на воду и грунт. В результате даже в самые жестокие морозы температура на глубине водоемов остается в пределах +4–+6°С, а на глубине ниже уровня замерзания грунта – + 8°С. Это низкопотенциальное тепло насос и переносит в тепловой контур, где нагревает теплоноситель до необходимых +35–+80°С.

Конструкция и принцип работы

Работа теплового насоса в какой-то мере сходна с работой холодильника. Передача тепла становится возможной благодаря использованию фреонов – веществ, которые при испарении отбирают тепло у охлаждаемого объекта, а при конденсации отдают его воде или воздуху. Хладагенты закипают при низкой температуре, что и делает возможным столь необычный на первый взгляд процесс.

Как относитесь к тепловым насосам?

Положительно
57.53%

С сомнением
30.59%

Предпочитаю традиционные источники тепла
11.87%

Проголосовало: 219

Конструкция термонасоса включает 4 основных элемента:

• Компрессор – здесь хладагент сжимается, что приводит к повышению давления и температуры.
• Расширительный клапан – вентиль терморегуляции, который быстро снижает давление.
• Испаритель – теплообменник. Здесь фреон поглощает тепло, отнимая его от окружающей среды.
• Конденсатор – второй теплообменник, в котором хладагент конденсируется и сжимается, отдавая тепло рабочей среде отопительного контура.

Основой работы любого устройства теплоснабжения выступает обратный цикл Карно. Происходит передача тепла в несколько этапов.

В испаритель поступает фреон в жидком состоянии, то есть под низким давлением. Согласно второму закону термодинамики тепло передается от предмета с высокой температурой объекту с низкой температурой. В случае теплового насоса, объектом с низкой температурой оказывается фреон, а объектом с высокой – рассол, теплая жидкость, которая поднимается из скважин. Так как ниже уровня замерзания в грунте сохраняется температура выше +8°С, теплоноситель в скважинах, вернее, вертикальных зондах, нагревается. А когда встречается с холодным хладагентом – отдает тепло.

Из-за нагревания хладагент переходит из жидкого в газообразное состояние. В таком виде он попадает в компрессор, где происходит сжатие газа. При этом фреон сильно нагревается. Сжатый, но не сжиженный газ подается в испаритель, где отдает тепло второму теплообменнику. Сам фреон, отдавая тепло, вновь переходит в жидкую фазу.

Затем хладагент проходит сквозь терморегулирующий клапан, буквально «продавливается» через дроссель. После этого жидкость расширяется, а ее давление и температура снижаются. Фреон снова подают в испаритель и цикл повторяется.

Сфера применения

Тепловые насосы эффективнее работают в южных широтах

Теплоустановки могут использоваться для обогрева частных строений и офисных зданий. В Европе такой практике следуют более 30 лет. На сегодня лидерами использования ТНУ выступает Швеция и США.

В России применение тепловых насосов ограничено следующим.

• Высокие первичные вложения – на рынке наличествует только импортное оборудование, обычно германское. Для укладки теплообменников требуется выполнять буровые работы на глубине на 50–100 м, что недешево. Как показала практика, использование горизонтальных коллекторов нерационально, так как площадь над трубами выпадает из хозяйственного оборота. Монтаж вертикальных зондов дороже.
• Неоднородность теплового потенциала – в южных регионах он намного выше, чем в северных, поэтому ТНУ эффективней в южной и средней полосе. В северных районах систему отопления загородного дома дополняют традиционными источниками.
• Ограничения по температуре на выходе – ТНУ выдает воду температурой в +60–+65°С. Чтобы такой контур был эффективным, его площадь должна быть заметно больше, чем площадь отопителей, работающих с водой при температуре +70–+95°С.
• К концу отопительного сезона выкачивание тепла из грунта приводит к понижению температуры почвы. В северных районах за лето ее тепловой потенциал восстановиться не успевает.

Плюсы и минусы теплового насоса

Бесплатный источник обогрева
Автономность
Минимальный уровень шума
Длительный срок службы
Высокая эффективность в связке с теплым полом

Большие начальные вложения
Нужно увеличить площадь радиаторов
Низкая эффективность в северных широтах

Виды агрегатов

Наглядное представление о вариантах устройства тепловых насосов представляет их классификация по виду теплоносителя на внешнем и внутреннем контурах конструкции. Получать энергию устройство может из:

• грунта;
• воды (водоём или источник);
• воздуха.

Внутри дома полученная тепловая энергия может использоваться в системе отопления, а также для подогрева воды или для кондиционирования воздуха. Поэтому различают несколько видов тепловых насосов в зависимости от сочетания этих элементов и функций.

Система «грунт-вода»

Получение тепла из грунта считается одним из самых эффективных для этого типа альтернативного отопления, поскольку уже примерно в пяти метрах от поверхности температура грунта остаётся достаточно постоянной, мало подвержена изменениям погодных условий.

В геотермальном тепловом насосе используют специальные теплопроводящие зонды

В качестве теплоносителя на внешнем контуре используется специальная жидкость, которую принято называть рассолом. Это экологически безопасный состав.

Наружный контур теплового насоса типа «грунт-вода» выполняют из пластиковых труб. Разместить их в грунте можно горизонтально или вертикально. В первом случае могут понадобиться работы на значительной площади, от 25 до 50 кв. м на каждый киловатт мощности насоса. Площади, отведённые под устройство горизонтального коллектора, нельзя использовать для сельскохозяйственных нужд. Здесь допустима только разбивка газона или высадка однолетних цветущих растений.

Для сооружения вертикального коллектора понадобится ряд скважин глубиной 50-150 метров. Поскольку температура грунта на такой глубине выше и устойчивее, такой геотермальный тепловой насос считается более эффективным. Для передачи тепла в этом случае используются специальные глубинные зонды.

Насос «вода-вода»

Не менее эффективным выбором может стать тепловой насос вода вода, поскольку на большой глубине температура воды остается достаточно высокой и постоянной. В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии могут использоваться:

• открытые водоёмы (озёра, реки);
• грунтовые воды (скважины, колодцы);
• сточные воды промышленных технологических циклов (обратное водоснабжение).

Принципиальных отличий в конструкции теплонасосов «грунт-вода» или «вода-вода» не имеется. Наименьших затрат потребует сооружение теплонасоса, использующего энергию открытого водоёма: трубы с теплоносителем нужно снабдить грузом и погрузить в воду. При использовании потенциала грунтовых вод понадобится более сложная конструкция. Может потребоваться сооружение дополнительного колодца для сброса воды, которая проходит через теплообменник.

Использование теплового насоса вода-вода в открытом водоеме может быть очень выгодным

Универсальный вариант «воздух-вода»

По эффективности тепловой насос воздух вода уступает другим моделям, поскольку в холодное время года мощность его ощутимо снижается. Однако для его монтажа не требуется сложных работ по выемке грунта или по сооружению глубоких скважин. Нужно только выбрать и установить подходящее оборудование, например, прямо на крыше дома.

Тепловой насос воздух-вода можно установить без масштабных монтажных работ

Несомненным преимуществом этой конструкции является способность повторно использовать тепло, которое покидает обогреваемые теплонасосом помещения с отработанным воздухом или водой, а также в виде дыма, газа и т. п. Чтобы компенсировать недостаток мощности воздушного теплонасоса в зимний период, следует предусмотреть варианты альтернативного отопления.

Наименее затратным вариантом может стать тепловой насос воздух-воздух, для сооружения которого не нужны сложные работы по созданию традиционной системы водяного отопления в помещениях.