ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ, УСТРОЙСТВО, МОНТАЖ – ВОПРОСЫ, ОТВЕТЫ И ОТЗЫВЫ СПЕЦИАЛИСТОВ

Можно ли сделать монтаж системы с тепловым насосом в уже построенном доме?

1. Лучше подумать о том, как отапливать дом, на этапе проектирования, но, конечно, и уже возведённое здание можно оборудовать такой системой. К примеру, установить воздушный тепловой насос своими руками, который не требует буровых работ или перекапывания всего участка. При этом старая система отопления, допустим, более дорогая дизельная, остаётся.

Смонтировать воздушный насос почти так же просто, как кондиционер. По капитальным затратам это дешевле, чем в случае использования грунтового или водяного теплового насоса.

2. Если основательно всё делать, то модернизация выльется в гораздо большие затраты, чем те, которые предусмотрены на стадии строительства. Получить нормальный коэффициент эффективности возможно только в современном энергоэффективном доме. Чтобы старое здание превратить в энергоэффективное, потребуется модернизировать и ограждающие конструкции, и систему отопления. Затраты на это будут очень существенными.

3. Если заказчик, допустим, не хочет больше пользоваться котлом на жидком топливе, то можно заложить горизонтальные зонды, но при этом будет нарушена инфраструктура участка. Если он предпочитает более щадящий способ – следует установить систему точечно, выбрав места бурения скважин. В любом случае это вмешательство в уже существующую экосистему участка, но всё возможно.

Тепловые насосы сейчас с успехом применяют не только при новом строительстве, но и при модернизации и ремонте имеющейся системы отопления.

Учитывая, что наиболее эффективным является насос «вода – вода», можно ли расположить трубы в обычном колодце, скажем, глубиной 10-12 м?

1. Этого делать не следует, потому что вы загубите колодец, выморозив его образующимся льдом. Кроме того, вам хватит обьёма воды в колодце, может, на неделю отопления.

2. Есть ещё такая особенность использования водо-водяных тепловых насосов: для забора воды и слива её обратно при конструировании колодезной схемы с двумя шахтами нужно учитывать естественное направление потока грунтовых вод. Если забирать воду против течения, то постепенно эффективность теплового насоса будет падать, потому что вода должна забираться более тёплой, чем сливаться по ходу движения, а не наоборот. Кстати, предсказать направление течения подземных вод может только очень крупный специалист.

В российских условиях водо-водяная схема использования тепловых насосов может послужить причиной определённых проблем. При нашем уровне культуры природопользования отбор воды из водоносного горизонта и сброс её туда сопряжены с рисками загрязнения водоносного слоя. Мне не встречалось ни одной водо-водяной установки, где всё бы было грамотно сделано настолько, чтобы водоносный слой не загрязнялся – просто за счёт того, что головки скважин не герметизированы, дождевая вода попадает в скважину, в которую сливают отработанную воду.

3. Первичный источник должен постоянно регенерироваться для пополнения своего запаса. Некоторые наши землеустроительные документы запрещают внедряться в уровень грунтовых вод после определённой глубины. Это дополняет все те ограничения, которые препятствуют применению водо-водяных установок, поэтому лучше пользоваться услугами профессиональных проектировщиков и специализированных компаний – они смогут учесть каждый нюанс.

---

Подробнее о разных видах тепловых насосов и различиях в установке своими руками

---

Сколько стоит система с тепловым насосом типа «вода – вода» и когда она окупится? (грубо говоря через сколько лет окупится тепловой насос)

1. Исходя из нашего опыта продаж в настоящее время в большинстве случаев тепловые насосы приобретают частные потребители для коттеджей, и устанавливают их тогда, когда нет возможности организовать какую-нибудь иную систему отопления с использованием традиционных видов топлива, то есть нет и в ближайшее время не будет ни газа, ни жидкого топлива. Или это рекреационные, туристические, заповедные зоны.

2. Если сравнивать традиционные источники теплоснабжения и рассольно-водный тепловой насос с вертикальным зондом (когда используется несколько скважин), то получится, что 1 кВт установленной мощности теплового насоса требует инвестиций в 10 раз больше, чем 1 кВт традиционного источника.

Вопрос об окупаемости не совсем корректен, потому что если нет ничего иного, кроме теплового насоса, то окупится он сразу. Если есть теоретическая возможность подключиться к какому-то традиционному источнику энергии, то тогда это уже вопрос конкретного расчёта: если стоимость прокладки магистрального газопровода будет 2 млн. руб., а инвестиции в установку теплового насоса 1 млн. руб., то надо считать, за сколько окупится разница в финансах, если бы мы отапливали коттедж газом. При этом невозможно прогнозировать скорость роста тарифов на газ.

Что происходит с насосом при отключении электричества?

1. Тепловой насос не работает без электричества так же, как большинство современных теплогенераторов, это относится и к газовому, и к дизельному, и даже к твердотопливному котлу.

2. Тепловой насос работать перестаёт. Потому что циркуляционные насосы, системы управления требуют в любом случае электрической энергии.

3. Советуем многовалентные схемы. Так, маленький генератор позволит работать с твердотопливным или газовым котлом – он будет подтапливать дом, запасая энергию в буферную ёмкость.

Как правильно выбрать коллектор тепла?(вертикального грунтового зонда, горизонтального грунтового коллектора, колодезной скважины, водоёма)

1. СОР – отношение произведённой тепловой энергии к затраченной электрической . Это коэффициент эффективности, показывающий, во сколько раз тепловой насос позволяет получить больше тепла по сравнению с электрообогревом. Для воздушных тепловых насосов среднегодовой СОР равен трём, для грунтовых – четырём и выше, при использовании водоёма – пяти и выше. С точки зрения эффективности и экономической привлекательности проекта использование скважины или водоёма наиболее интересно. Если есть достаточно большая площадь, можно уложить горизонтальный коллектор. При ограничении площади остаётся единственный выбор в пользу воздушного теплового насоса.

2. У потребителя, который ставит грунтовой тепловой насос, возникает вопрос: делать внешний грунтовой контур горизонтальным или с вертикальными скважинами? Выбор между этими вариантами обусловлен исключительно доступной площадью и желанием человека эту площадь вскопать. Если такая возможность есть, то проще и дешевле использовать грунтовой горизонтальный теплообменник. В противном случае приходится делать скважины, которые обходятся дороже.

---

Читайте также: Тепловой насос и его место в отоплении дома

---

На заметку:

• Цена системы отопления с тепловым насосом для дома 200 квадратов 800000-1200000
• Для частных домов (в т.ч. загородных и дач) скок окупаемости тепловых насосов около семи восьми лет
• В России (особенно в средней полосе) чаще всего используются грунтовые тепловые насосы

Принцип работы теплового насоса (взаимодействие трех контуров)

Три контура – это контур источника тепла, распределительная система (радиаторы или тёплые полы в помещении) и промежуточный холодильный контур, сердце теплового насоса. В процессе их взаимодействия происходит передача низкопотенциального тепла, в результате чего температура повышается, и в распределительной системе используется комфортное тепло. Контуры взаимодействуют между собой косвенным образом посредством теплообменников. Тепловой насос работает по принципу холодильной машины, у которой есть четыре основных элемента: компрессор, испаритель, конденсатор и расширительный клапан.

Тепловой насос: схема устройства и принцип работы

На чертеже теплового насоса цифрами обозначены:

***

Вопросы перенесенные из комментариев

Какую максимальную температуру в отопительной системе может обеспечить тепловой насос?

Можно ли использовать одну и ту же скважину и для работы теплового насоса, и для получения питьевой воды?
Отталкиваясь от среды, из которой тепловой насос берет тепло, сами тепловые насосы подразделяют на:

• геотермальные (тепло берется из грунта либо посредством бурения скважин, либо посредством укладки тепло-съемного контура в грунт);
• акватермальные {тепло берется из воды либо посредством бурения скважин, либо посредством укладки тепло-съемного контура в водоем);
• аэротермальные (тепло берется из атмосферного воздуха).

Независимо от вида теплового насоса (воздушный, геотермальный или водяной), его теплообменник рассчитан на максимальную температуру подачи воды в систему водяного отопления на уровне 60-62 °С.
Отвечая на вопрос о водяных системах, могу сказать следующее: если источником потенциального тепла являются подземные воды, то использование скважины в бытовых целях может нарушить тепловой баланс и привести к снижению отбора тепла, а в худшем случае к вымораживанию источника.

Поэтому для воды дляпитья и теплового насоса нужны разные скважины, ведь у них и принципы устройства совершенно разные. Тепловой насос охлаждает скважину, и было бы нерационально ту же воду дома нагревать.

Вопросы: А.Потоцкий, Т.Каракулова

Ответы: В.Семушев, М.Мурашко, С.Визиров,  А.Попов

---

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ –  МОНТАЖ, ХАРАКТЕРИСТИКИ И УСТРОЙСТВО, ОТЗЫВЫ СПЕЦИАЛИСТОВ

---

СХЕМА И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО НАСОСА – ТЕПЛО ЗЕМЛИ

Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов, запасы которых стремительно иссякают, приобретает важнейшее значение не только для развития человеческой цивилизации, но фактически и для её сохранения вместе со средой обитания.

Нельзя сказать, что проблема энергосбережения остаётся без внимания. Истощение запасов традиционного ископаемого топлива и заметные отрицательные сдвиги в экологическом балансе окружающей среды вследствие сжигания углеводородов с конца прошлого века по-настоящему беспокоят народы и правительства развитых стран.

Кроме того, нефть и газ необходимо сберегать для будущих поколений. Они являются ценнейшим природным сырьём для производства необходимой людям продуктции — от лекарств и продуктов питания до материалов, крайне необходимых развивающейся промышленности. Не случайно выдающийся русский учёный Д. И. Менделеев: «Нефть — не топливо, топить можно и ассигнациями».

В то же время рост цен на энергоносители и высокие расходы на их доставку приводят к стремительному повышению стоимости электрической и тепловой энергии, что также заставляет потребителей задуматься об экономии. Первым толчком к всемирному энергосбережению и поиску альтернативных энергетических источников послужил ближневосточный нефтяной кризис 1973 года. Стало ясно, что во всех сферах человеческой жизнедеятельности необходимо энергосбережение.

Кроме того, и экологическое неблагополучие требует уменьшения доли энергоёмких производств. В этих условиях очень злободневна задача освоения нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Некоторые из них люди используют с давних времён, например, ветры и водные потоки. Совершенствуясь технически, энергоустановки, использующие эти источники, остаются территориально привязанными к районам, в которых ветры постоянны, а реки — быстры и полноводны.

Аналогичным образом обстоит дело и с современной идеей использования энергии морских приливов и морских волн. Получили развитие фотоэлектрические и термодинамические солнечные установки. Но небольшая плотность и непостоянство во времени энергетического потока, получаемого от перечисленных источников, препятствуют их широкому внедрению.

В России на сегодняшний день есть все предпосылки для развития технологий использования источников возобновляемой энергии, предложенных ещё советскими учёными. Правда, с распадом СССР мы потеряли территории, перспективные для развития гелио – и ветроэнергетики, а осваивать энергию рек и приливов как альтернативные ресурсы не позволяет неудовлетворительное состояние экономики. Остаётся только шире использовать зарубежный опыт.

Из школьного курса физики известно, что передача тепла идёт от нагретых тел к более холодным, но никак не наоборот. Наш жизненный опыт не знает обратного процесса, да и наука обоснованно это подтверждает.

Однако технические ухищрения сделали возможным перенос тепла в обратном направлении — от менее нагретого тела к более горячему. Для современного человека нет ничего удивительного в работе холодильника, когда тепло из морозильной камеры, температура в которой может быть и отрицательной, сбрасывается в окружающую среду. Если это тепло использовать, например, для обогрева помещения, а объём холодильной камеры заменить надёжным постоянно действующим природным источником тепла, то это и будет тепловой насос.

Тепловой насос — термодинамический агрегат, с помощью которого тепло от источника с низкой температурой (от низкопотенциального источника) передаётся потребителю с более высокой температурой. При этом для поддержания процесса теплопередачи затрачивается некоторая механическая энергия, например, при сжатии компрессором рабочей жидкости в контуре теплообменника.

Источниками низкопотенциальной энергии могут быть: наружный воздух, земное (грунтовое) тепло, тепло водоёмов и подземных вод. С помощью тепловых насосов легко осуществляется рекуперация тепла из удаляемого вентиляционного воздуха, канализационных стоков, промышленных сбросов и от технологических процессов, выделяющих тепло, что существенно сберегает тепловую энергию. Следовательно, тепловые насосы можно использовать не только для отопления и горячего водоснабжения, но и в интегрированной системе — для регенерации тепла из бытовых стоков и вентиляции.

Познакомимся с устройством теплового насоса (ТН), извлекающего тепло из среды с невысокой положительной температурой и отдающего его в систему отопления жилища и на подогрев воды (рис. 1). В агрегат входят: трубопроводный контур с насосом, заполненный жидкостью с низкой температурой замерзания и обеспечивающий забор низкопотенциальной теплоты воды (грунтовой или из водоёма), земли или воздуха; испаритель; компрессор с механическим приводом; конденсатор; дроссельный клапан; тепловой аккумулятор; отопительный контур.

Четыре основных узла конструкции ТН (2, 3, 4, 5) соединены герметичными трубопроводами, в которых циркулирует рабочая жидкость (вещество) с очень низкой температурой кипения при нормальном атмосферном давлении.

При циркуляции рабочее вещество (его аналог в холодильнике называют хладоагентом), находясь в испарителе 2, при низком давлении закипает и, испаряясь, поглощает низкопотенциальное тепло, принесённое из окружающей среды внешним контуром 1.

Затем при затрате механической энергии (в нашем случае путём сжатия в компрессоре 3) давление рабочего вещества, находящегося в газообразном состоянии, принудительно повышают, в результате чего оно разогревается до высокой температуры.

В конденсаторе (который служит теплообменником) теплота этого сжатого горячего теплоносителя нагревает воду в тепловом аккумуляторе 6, которую используют для системы отопления 7 и горячего водоразбора. Отдав тепло, рабочее вещество компрессорного контура конденсируется и переходит из газообразного в жидкое состояние.

Конденсат рабочего вещества, проходя через дроссельный клапан малого сечения, попадает в объём испарителя с меньшим давлением и вскипает при имеющейся в нём температуре. При этом температура понижается ещё так сильно, что в испарителе рабочее вещество опять может поглощать тепло окружающей среды, приносимое первичным контуром из земли или других источников (воды, воздуха, устройств регенерации тепла бытовых или промышленных сбросов).

Таким образом реализуется непрерывный круговой процесс переноса теплоты с низкого температурного уровня на высокий. Для этого требуются энергетические затраты, но они в несколько раз меньше получаемой энергии и, кроме того, расходуются с пользой вместе с привнесённым теплом.

Для оценки эффективности ТН служит коэффициент преобразования ш, равный отношению отдаваемой насосом энергии к энергии, потребляемой компрессором для его функционирования всей установки.

В современных теплонасосных системах этот коэффициент имеет значение 3 и более. Не углубляясь в тонкости термодинамических процессов, необходимо отметить, что существует зависимость коэффициента преобразования от разности температур во входном и выходном контурах ТН. Чем меньше перепад этих температур, тем выше экономия расходуемой компрессором электроэнергии. Вот почему выгодней обогревать дом тёплыми полами с их температурой 25-35°С, чем стандартными радиаторами, нагретыми до 70-90°С. В этом случае m может достичь значения 4, 5 и более.

Окружающая нас среда буквально насыщена теплом. Если температуру на поверхности Земли сравнить с температурой в космическом пространстве, то станет понятным, насколько тепло на нашей планете. Причём это тепло в обозримом будущем остаётся неисчерпаемым. Солнце нагревает земную поверхность, но и недра также отдают тепло верхним слоям грунта (см. график на с.36). Благодаря этому температура в грунте на глубине 4-5 м и более практически постоянна. В средней полосе России она составляет 4-8°С. А мы жалуемся на недостаток энергоресурсов! Низкопотенциальное тепло грунта — это надёжный, постоянно пополняемый кладезь энергии.

Исследования показали, что при максимальном отборе тепла скважиной ТЕПЛОВОГО НАСОСА температура вокруг неё понижается на величину, которой практически можно пренебречь, так как она быстро восстанавливается при уменьшении отбора и годами остаётся на одном уровне. Перспективно и использование тепла подземных вод и водоёмов.

Подробнее остановимся на грунтовых тепловых насосах (рис.2). Их можно разделить на несколько различающихся систем. Прежде всего это насосы с открытым циклом, когда вода, имеющая положительную температуру, забирается непосредственно из водоносного горизонта и после охлаждения при отборе тепла возвращается обратно. Более распространены системы с закрытым циклом, при котором теплоноситель прокачивается через замкнутый трубопроводный контур, который размещён в грунте или уложен по дну открытого водоёма. Контур сьёма тепла можно положить горизонтально в глубокой траншее или установить вертикально в скважине.

При выборе между вертикальным зондом или горизонтальным коллектором следует учитывать то, что в первом случае каждый погонный метр скважины отдаёт 50 Вт тепловой энергии, а коллектор — всего лишь 20 Вт. Кроме того, коллектор за отопительный сезон сильно выхолаживает грунт, что приводит к падению эффективности теплонасосной установки. Однако бурение скважины обходится значительно дороже.

Использовать системы теплового насоса несмотря на пока ещё высокую стоимость их сооружения (300-400$ за 1 кВт тепловой мощности) выгодно ввиду отсутствия потребности в закупке, транспортировке и хранении топлива. Высвобождается территория на участке, необходимая для сооружения склада с топливом и подъездного пути к нему. Сама же установка весьма компактна и может быть размещена в полуподвальном помещении (рис. 3). Вложенные в систему ТН средства окупаются за счёт сбережения электроэнергии и полного отказа от закупок топлива. Очень важно и то, что эти установки не наносят вреда окружающей среде. Система управления ТН автоматически поддерживает цикличный режим работы, обеспечивающий заданные параметры обеспечения теплом жилого дома.

Может показаться, что разговоры о ТН — это лишь пропаганда сравнительно нового направления в энергетике. Однако это направление уже совсем не новое. Достаточно взглянуть на уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии с помощью этих устройств в некоторых странах (см. табл.), чтобы осознать всю значимость этого направления энергетики.

Страна	Производимая TH энергия, ТДж/год’
США	12000
Швеция	4128
Швейцария	1962
Германия	1149
Австрия	1094
Россия	11,5
Всего в мире	23269

Уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли, добываемой с помощью ТН в некоторых странах в 2002 году Как видно из этой таблицы, пока Россия отстаёт от многих стран по использованию низкопотенциального тепла из окружающей среды. Но проблемы с энергоресурсами и экологией обостряются. И во многих странах, в том числе и в России, приняты государственные программы, стимулирующие развитие альтернативных источников энергии. Использование тепла Земли с помощью тепловых насосов очевидно займут достойное место.

Кстати достаточно напомнить, что в Германии ещё в 2004 году благодаря использованию ТН и солнечных батарей при отоплении домов доля газа составляла 75%, а в прошлом году с ростом энергетической доли ТН она сократилась до 58, 4%. Мазут для отопления новых домов в Германии практически уже не используют.

В России есть определённый опыт эксплуатации ТН в промышленности и для отопления жилых зданий. Так, в период с 1998 по 2002 год в микрорайоне Никулино-2 в Москве была построена и сдана в эксплуатацию первая теплонасосная установка для горячего водоснабжения и отопления многоэтажного жилого дома. Есть и ещё несколько объектов, построенных в последние 10 лет, но этого чрезвычайно мало.

Изучив принцип действия и состав оборудования в комплекте ТН установки, вероятно вы могли бы и сами собрать её из приобретённых по отдельности компрессора, теплообменников и узлов автоматики.

Насколько перспективен такой путь, покажет практика. Но ясное дело, что техника, изготовленная и отлаженная на производственном предприятии, более надёжна и лучше использовать её. Но энтузиасты-самодельщики всегда и во всём принимают участие. Судя по активности на форумах в Интернете, займутся они и теплонасосной техникой. И уже есть известия об успехах и в этой области.

© Автор: Борис ГЕОРГИЕВ, Москва

---

ТЕПЛОВОЙ НАСОС СВОИМИ РУКАМИ – СХЕМА НА ПЕРЕЛИВ: ВИДЕО

ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ МАСТЕРОВ И МАСТЕРИЦ, И ТОВАРЫ ДЛЯ ДОМА ОЧЕНЬ ДЕШЕВО. БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА. ЕСТЬ ОТЗЫВЫ.

Ниже другие записи по теме "Как сделать своими руками - домохозяину!"

---

Подпишитесь на обновления в наших группах и поделитесь.

Будем друзьями!