Тепловой насос воздух воздух, эффективен ли он

Экономия от теплового насоса

Противники тепловых насосов часто говорят, что они имеют большой срок окупаемости, но при этом не учитывают трех фактов:

1. Стоимость топлива постоянно дорожает, будь то уголь, дрова или газ;
2. Цена подключения к газу часто гораздо выше, чем цена теплового насоса и его установки;
3. Тепловой насос имеет большой срок эксплуатации.

То, что отапливать тепловым насосом выгоднее чем электричеством – это факт. Но насколько велика эта выгода? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Правда о тепловых насосах такова – в каждом конкретном случае не обойтись без расчетов. В некоторых случаях могут перевесить недостатки тепловых насосов, а в других – преимущества.

Чтобы просчитать нюансы нужно знать:

1. Какое обслуживание нужно в процессе эксплуатации;
2. Сколько лет в среднем работает выбранная модель;
3. Какое количество теплоты потребуется для обогрева квадратного метра (а в некоторых случаях – кубического метра).

Если использовать твердое топливо или газ – стоит учитывать их стоимость и цену оборудования (газового котла, печи, камина и т.д.). Чтобы адекватно оценить минусы и плюсы тепловых насосов нельзя забывать о цене монтажа и подключения.

Практика показывает, что средняя экономия при использовании теплового насоса грунт-вода и использовании теплых полов составляет 400-700% по сравнению с электрическими теплыми полами. Некоторые модели позволяют сократить сезонные затраты на отопление в 10 раз.

Принцип работы насоса воздух-вода

Как уже было сказано, основным источником тепловой энергии для установок этого типа является атмосферный воздух. В принципиальной основе работы воздушных насосов лежит физическое свойство жидкостей к поглощению и отдаче тепла во время фазового перехода из жидкого состояния в газообразное, и обратно. В результате смены состояния выделяется температура. Система работает по принципу холодильника наоборот.

Для эффективного использования этих свойств жидкости легкокипящий хладагент (фреон, хладон) циркулирует по замкнутому контуру в конструкцию которого входят:

• компрессор с электроприводом;
• обдуваемый вентилятором испаритель;
• дроссельный (расширительный) клапан;
• пластинчатый теплообменник;
• медные или металлопластиковые циркуляционные трубки, соединяющие основные элементы схемы.

Движение хладагента по контуру осуществляется благодаря давлению, развиваемому компрессором. Для снижения тепловых потерь трубы покрываются теплоизоляционным слоем из искусственного каучука или вспененного полиэтилена с защитным металлизированным покрытием. В качестве хладагента используют хладон или фреон, способный закипать при отрицательной температуре и не замерзающий до -40°C.

Весь процесс работы состоит из следующих последовательных циклов:

1. В радиаторе испарителя находится жидкий хладагент, температура которого ниже, чем у наружного воздуха. Во время активного обдува радиатора тепловая энергия от низко потенциального воздуха передается хладону, который закипает и переходит в газообразное состояние. При этом его температура повышается.
2. Подогретый газ поступает в компрессор, где в процессе сжатия еще более нагревается.
3. В сжатом и разогретом состоянии пары хладагента подаются в пластинчатый теплообменник, где по второму контуру циркулирует теплоноситель системы отопления. Поскольку температура теплоносителя значительно ниже, чем у разогретого газа, фреон активно конденсируется на пластинах теплообменника, отдавая тепло в систему отопления.
4. Охлажденная парожидкостная смесь поступает на дроссельный клапан, который пропускает к испарителю только охлажденный жидкий хладагент с низким давлением. После чего весь цикл повторяется.

Для увеличения эффективности теплоотдачи трубки на испарителя навито спиральное оребрение. Расчет системы отопления, выбор циркуляционных насосов и другого оборудования должен учитывать гидравлическое сопротивление и коэффициент теплопередачи пластинчатого теплообменника установки.

Видео обзор устройства системы и ее работы

Инверторные тепловые насосы

Наличие инвертора в составе установки позволяет обеспечить плавный пуск оборудования и автоматическое регулирование режимов в зависимости от температуры наружного воздуха. Это позволяет максимально повысить эффективность работы теплового насоса за счет:

• достижения КПД на уровне 95-98%;
• снижения потребления энергии на 20-25%;
• минимизации нагрузок на электрическую сеть;
• увеличения сроков эксплуатации установки.

В результате температура внутри помещений стабильно поддерживается на одном уровне, не зависимо от изменения погоды. При этом наличие инвертора в комплекте с автоматизированным блоком управления обеспечит не только зимний обогрев, но и подачу охлажденного воздуха летом при жаркой погоде.

В то же время следует учесть, что наличие дополнительного оборудования всегда влечет за собой его удорожание и увеличение срока окупаемости.

Тепловой насос – грунт, вода

На грунтовых тепловых насосах хочу остановиться отдельно. Их можно разбить на несколько, не схожих между собой, систем. Прежде всего это ТН с открытым циклом, где вода, имеющая плюсовую температуру, забирается прямо из водоносного горизонта и после охлаждения при отборе тепла отправляется обратно.

Широкое применение имеют системы с закрытым циклом, когда теплоноситель прокачивается через замкнутый трубопроводный контур, который уложен в грунте либо на дне открытого водоема. Контур для выбора тепла можно установить вертикально в скважине или уложить горизонтально в глубокой траншее.

При выборе между горизонтальном коллекторе или вертикальном зондом необходимо учесть, что во втором случае каждый погонный метр скважины насоса отдает 50 Вт тепловой энергии, а коллектор всего-то – 20. Помимо этого, коллектор за весь отопительный сезон выхолаживает грунт. А это приводит к падению эффективности теплового устройства. Зато бурение скважины под тепловой насос обходится на порядок дороже.

Выбор компрессора для теплового насоса

Существует несколько классификаций компрессоров, но для тепловых установок используют всего несколько типов устройств. Это винтовые, поршневые, ротационные (роторные) и спиральные модели.

Винтовой

Принцип работы этих агрегатов основан на вращении двух винтовых роторов. Движение элементов происходит в противоположных направлениях, благодаря такому вращению происходит сжатие среды.

Такие приборы отличаются высокой эффективностью, максимальной надежностью, но имеют свои недостатки. Главные из них — большое энергопотребление и сильный шум. Винтовыми устройствами обычно оснащаются самые мощные модели тепловых установок, поэтому для тепловых насосов, предназначенных для частных домов, это не лучший из вариантов.

Поршневой

В этих компрессорах сжатие рабочей среды происходит в цилиндре, где поступательно-возвратные движения совершает поршень. Для таких устройств характерна высокая эффективность, длительный срок эксплуатации. Минусы поршневых компрессоров — сильный шум при работе, высокая цена приборов.

Данным типом компрессоров обычно оснащаются тепловые насосы и холодильные установки большой либо средней мощности. Если говорить о виде ТН, то их используют как в геотермальном оборудовании, так и в системах «воздух — вода».

Ротационный (роторный)

В таких компрессорах сжатие газа обеспечивается вращающимися роторами. Самые распространенные устройства — роторные эксцентриковые компрессоры, имеющие вращающийся поршень. В более совершенных моделях два таких элемента находятся на одном роторе. Плюсы этих конструкций — более высокий КПД, минимальные вибрации прибора.

Ротационными компрессорами оснащается большая часть тепловых насосов «воздух — вода». Как правило, они имеют мощность до 15 кВт. Плюсы роторных моделей — легкость, компактность, низкий уровень шума, приемлемая цена. Минусы — невысокий КПД, ненадежность агрегатов.

Спиральный

Сжатие рабочей среды в компрессорах спирального типа происходит за счет взаимодействия двух спиралей. Одна из них неподвижна, другая совершает орбитальные движения относительно первой. Благодаря таким эксцентрическим движениям достигается перенос среды из одной полости в другую.

Это приборы отличаются большим ресурсом, низким уровнем шума. Однако их минус — высокая цена. Спиральные компрессоры — элементы грунтовых тепловых насосов, ими же оснащают модели «воздух — вода». Как правило, последние установки имеют среднюю мощность.

Что повлияет на выбор компрессора для теплового насоса?

Какой прибор будет предпочтительнее? Это зависит от конкретной тепловой установки, от ее типа. На выбор компрессора для теплового насоса могут повлиять и другие факторы. Поскольку винтовую конструкцию в качестве претендентки можно не рассматривать, то остается лишь три варианта. И в этом случае логичным выбором для хозяев, которые собираются создавать установку самостоятельно, будет одно устройство — ротационный компрессор.

Причины предпочтения — его невысокая цена. Если конструкция выйдет из строя раньше времени, то потери будут невелики. Что касается срока эксплуатации, то здесь агрегат серьезно проигрывает соперникам: 8-10 лет против 15-20 для поршневых и спиральных приборов. Однако всем и всегда приходится искать компромисс.

Когда главное не цена, а качество и эффективная работа теплового насоса, лучшим из приборов будет спиральный компрессор, способный работать при морозах, более простой конструктивно, а значит, максимально надежный. Самыми качественными, долговечными приборами признаны «детища» нескольких производителей:

• Copeland, Emerson Climate Technologies (США): это изобретатели данного типа компрессоров;
• Danfoss (Дания);
• Mitsubishi.

Если же установка, переносящая тепло, будет собираться самостоятельно «из того, что есть», то оптимальным вариантом сможет стать компрессор из сплит-системы, которая отслужила свой срок. Такие узлы даже в старой технике отличаются надежностью и достаточно высокой мощностью.

Самое важное для будущих владельцев ТН даже не выбор компрессора для теплового насоса, а целесообразность его приобретения или создания. Поэтому в завершение темы — отзыв хозяина установки:

Устройство

Тепловой насос — высокоэффективная и экономичная конструкция, основанная на использовании как физических явлений (цикла Карно), так и низкопотенциальных природных ресурсов — тепла грунта, воды и воздуха. На первый взгляд, возможности этих источников практически отсутствуют, однако, все эти ресурсы обладают огромным запасом тепловой энергии. Мало того, они совершенно бесплатны и практически неисчерпаемы, что делает их привлекательными для использования.

Принцип работы

Основным элементом теплового насоса является замкнутый контур, в котором циркулирует хладагент (фреон), воспроизводящий цикл Карно. Последовательно происходят следующие действия:

• испарение. Жидкий фреон переходит в газообразную стадию, забирая у окружающей среды большое количество тепловой энергии
• сжатие. Фреон проходит через компрессор, где его давление многократно увеличивается. При этом температура хладагента значительно повышается
• конденсация. Хладагент переходит в жидкую стадию, параллельно отдавая тепловую энергию
• резкое расширение, вызывающее падение давления. После этого цикл повторяется

Горячий фреон, находящийся в состоянии конденсации, пропускается сквозь змеевик теплообменника, в котором тепловая энергия отдается в систему отопления. Тепло от внешнего источника необходимо для подогрева холодного фреона, находящегося в стадии испарения. Для отбора тепловой энергии используется испаритель, также являющийся теплообменником. Различие в том, что здесь хладагент не отдает, а забирает тепло у воды или воздуха, чтобы во время конденсации высвободить его, многократно усиленное при повышении давления.

Система работает, потребляя только электроэнергию, требующуюся на питание компрессора и циркуляционных насосов. Коэффициент эффективности (COP) равен как минимум 2, а при благоприятных условиях он поднимается до 5-6 и даже выше.

Плюсы и минусы

Тепловые насосы обладают массой достоинств:

• устойчивость работы, надежность
• экономичность, высокая эффективность
• источник тепловой энергии обладает неисчерпаемым ресурсом и достается бесплатно
• экологически чистое оборудование
• система совершенно безопасна в пожарном отношении

К недостаткам устройств следует отнести:

• не все виды способны работать в сложных условиях, имеется зависимость от внешней температуры
• для работы системы требуется электричество, отсутствие которого сразу остановит процесс
• оборудование и установка очень дорогие и недоступны для большинства пользователей
• для некоторых видов ТН требуется разрешение на земляные работы

Большинство недостатков тепловых насосов являются, скорее, особенностью их конструкции, вызывающей отрицательное влияние на возможности этого вида отопительных систем. В любом случае, планируя использование ТН, надо учитывать все положительные и отрицательные стороны конструкции.

Энергоносители за или против?

Однако это еще не все. Ценовой подъем на энергоносители и высокие затраты на их доставку приводят к стремительному увеличению стоимости на тепловую и электрическую энергию. А это заставляет потребителей искать новые пути экономии. Еще из школьных учебников мы помним, что передача тепла перетекает от разогретых тел к более прохладным, но никак не обратно. Наш многовековой опыт не помнит обратной процедуры, да и наука доказательно это подтверждает. Однако хитрые современные инженерные приемы делают допустимым переход тепла в обратном направлении – от менее разогретого тела к наиболее горячему.

Схема передачи тепла в тепловом насосе

Для нас нет ничего удивительного, например, в работе холодильника. Где тепло из морозильной камеры, температура в которой чаще отрицательная, выбрасывается в окружающую среду. Если применить это тепло для обогрева зданий, а холодильную камеру заменить испытанным, постоянно функционирующим природным источником тепла, то это и будет так называемый тепловой насос.

Простой тепловой насос (воздух-воздух) которым можно обогреть жилое помещение — это привычный всем кондиционер, с функцией обогрева. Можно с успехом использовать и его, ведь сегодня есть кондиционеры которые могут работать и при значительных минусовых температурах — до -15 гр. и ниже. Однако, если мы хотим получить наибольшую эффективность и комфорт, при обогреве целого дома таким экономичным методом (а тепловой насос экономичнее обычных теновых обогревателей в три, и даже более раз), то нужно использовать более продвинутые системы.

На заметку: многие задаются вопросом — как же так, ведь есть закон сохранения энергии. Почему такое несоразмерное соотношение отдачи тепла, с потреблением электроэнергии? Весь секрет в том, что в тепловом насосе электроэнергия тратится только на электромагнитную обмотку компрессора (которая конечно нагревается, но не это тепло идет на обогрев помещения), а тепловая энергия вырабатывается, «сосется», из внешней среды, благодаря особым процессам теплового насоса (само слово насос, указывает на это). Чтобы в этом разобраться, нужно знать больше школьного курса физики. Но попробуем пройтись по азам ниже.

Какое отопление выгоднее в Российской Федерации

Прежде чем определить самый дешевый способ обогрева, перечислим все энергоносители, доступные жителям РФ:

• различные виды твердого топлива – дрова, брикеты (евродрова), пеллеты и уголь;
• дизельное горючее (солярка);
• масла отработанные;
• газ магистральный;
• газ сжиженный;
• электроэнергия.

Чтобы разобраться, какое отопление дешевле всего, необходимо выяснить, сколько каждый энергоноситель может выделить тепла и в какую сумму это выльется, а после сравнить полученные данные. Определить самое экономичное отопление поможет таблица, куда внесены результаты расчетов:

Подобный расчет может выполнить любой желающий, подставив в таблицу тепловую нагрузку на систему отопления своего здания и стоимость топлива в регионе проживания. Алгоритм вычислений следующий:

1. В столбец №3 заносятся значения теоретической теплоотдачи единицы топлива, а в столбец №4 – эффективность (КПД) отопительного оборудования, использующего данный энергоноситель. Это справочные величины, остающиеся неизменными.
2. Следующий шаг – рассчитать, сколько тепла реально поступает в дом от единицы топлива. Теплота сгорания умножается на КПД котла, деленный на 100. Результаты вносятся в 5-й столбец.
3. Зная цену единицы горючего (столбец №6), нетрудно сосчитать стоимость 1 кВт/ч тепловой энергии, получаемой от этого вида топлива. Цена единицы делится на реальную теплоотдачу, результаты – в столбце №7.
4. В столбце №8 указан средний расход теплоты за месяц для загородного дома площадью 100 м², расположенного в средней полосе РФ. Вам для расчета следует внести свое значение потребления тепла.
5. Среднемесячные затраты на обогрев жилья указаны в столбце №9. Цифра получена путем умножения месячного потребления тепла на стоимость 1 кВт, полученного от различных видов топлива.

В таблице представлены 2 вида дров, обычно имеющихся в продаже, – свежесрубленные и сухие. Это поможет понять, насколько выгодное дело – топить печь или котел сухой древесиной.

Анализ результатов расчета

Проведенные вычисления показывают, что самое экономное отопление в 2019 году для частных домов Российской Федерации по-прежнему обеспечивается за счет природного газа, этот энергоноситель остается вне конкуренции. Учтите и тот факт, что газоиспользующее оборудование стоит относительно недорого, причем является довольно эффективным и комфортным в эксплуатации.

Проблема с газом в РФ заключается в дороговизне подключения к существующим магистралям. Чтобы экономно отапливать жилище, придется выложить от 50 тыс. руб. (в отдаленных регионах) до 1 млн руб. (В Подмосковье) за присоединение к газовой трубе.

Узнав, сколько стоит подключение, многие домовладельцы задумываются, как и чем отопить свой дом без газа. Остаются прочие энергоносители, перечисленные в таблице:

Применение чисто электрического оборудования для круглосуточного обогрева дома нельзя назвать выгодным, поскольку дешевый ночной тариф действует 8 ч в сутки, а остальное время вам придется платить по полной ставке. Так что отапливаться одним электричеством дешево не выйдет.

Вариант #2 — воздушные системы отопления

Альтернативой водяному отоплению считается воздушное. Принцип его работы заключается в перемещении разогретого воздуха по зданию. Происходит это следующим образом. В теплообменник теплогенератора нагнетается воздух, где и происходит его нагрев. Оптимальной температурой разогрева будет считаться 50°-60°. Горячий воздух по воздуховодам отправляется в отапливаемое помещение. После остывания он через специальные отверстия или воздуховоды обрата возвращается к теплогенератору. Затем цикл повторяется.

Воздушное отопление отличается экономичностью и низкой энергозатратностью. Отсутствие промежуточного теплоносителя позволяет дополнительно сэкономить на трубопроводах и радиаторах

Нагрев воздуха в системе может осуществляться несколькими способами:

• С использованием газовой горелки. Причем источником топлива может стать как баллон, так и газовая магистраль.
• Посредством теплового насоса.
• С применением дизельной горелки или же прибора, работающего на отработанном масле.
• Горячей водой, взятой из централизованной системы отопления.

Воздуховоды могут быть выполнены из различных материалов. Длинные элементы не рекомендованы к установке, поскольку в таком случае имеют место теплопотери. Чтобы их предотвратить в систему внедряются несколько вспомогательных теплогенераторов. Оптимальной длиной воздуховода считается 30 м, а его ответвлений – 15 м. Рациональное решение – дополнение воздушного отопления блоком кондиционирования. Таким образом, весь год в здании можно поддерживать комфортную температуру, охлаждая его в жару и обогревая в холода. Кроме того систему можно дополнить стерилизатором или увлажнителем воздуха.

Вентиляция помещений может осуществляться разными способами:

• Естественным. Предполагается, что горячий воздух поднимается вверх и перемещается по воздуховоду произвольно. Главный недостаток метода в том, что случайно попавший через двери или окна в помещение холодный воздух нарушает циркуляцию. Горячий воздух устремляется вверх и греет потолок, а холодный скапливается внизу, создавая существенный дискомфорт.
• Принудительным. Осуществляется с использованием мощных вентиляторов, ускоряющих воздушный поток. Такая система прекрасно работает в любых условиях, даже при наличии притока холодного воздуха. Ее недостатком считается шум, создаваемый работающими вентиляторами.

Воздушное отопление имеет ряд преимуществ:

• Экономичность и низкая энергозатратность. Радиаторы и трубопроводы отсутствуют, нет так же и промежуточного теплоносителя, что позволяет экономить на его подогреве.
• Высокий КПД.
• Возможность совмещения отопления с современными системами вентиляции и кондиционирования.
• Высокая скорость разогрева помещения, на это уходит всего около получаса.
• Простота монтажа и обслуживания.
• Длительная эксплуатация.

У системы, однако, есть и недостатки. Так, разница температур на уровне пола и потолка, которая может составлять 10° в помещениях стандартной высоты и 20° в высоких. Плюс есть необходимость использования специальных фильтров на воздухозаборах, иначе в  помещении будет присутствовать достаточно большое количество пыли. Некоторые также жалуются на постоянный шум от работы вентиляторов.

На видео представлен принцип работы воздушной системы отопления:

На что смотреть при обустройстве такого отопления?

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

Ориентир №1 – жесткость воды

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

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

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

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

Ориентир №2 – режим работы

Тепловой насос может использоваться в качестве единственного источника тепла или взаимодействовать с другими системами

Поэтому перед выбором модели важно определить, в каком режиме устройство будет работать

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

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

Ориентир №3 – мощность насоса

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

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

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

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

Ориентир №4 – функцинал конкретной модели

Тепловые насосы могут обладать дополнительными функциями, это:

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

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

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

Виды насосов

Выше мы уже рассказали, на какие категории можно разделить ТН в зависимости от того, какие типы источников тепла используются. Остановимся на них подробнее.

Геотермальные системы

В качестве источника тепла у ТН используется запасенная тепловая энергия земли. Такие насосы считаются самыми эффективными, потому что температура грунта остается постоянной в течение всего года.

Эти системы подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Но для их применения требуется довольно большая площадь под горизонтальные трубы. Для вертикальных систем необходимо выполнить значительные земляные работы.

Геотермальные с открытым циклом

В качестве теплообменника у ТН используется вода из водоема. Она после использования в качестве теплообменной жидкости снова возвращается в водоем. Допускается при наличии достаточного объема чистой воды и разрешения экологического законодательства.

Насосы закрытого цикла с теплообменником

Установка теплового насоса является самым эффективным вариантом, но в то же время и самым затратным.

Замкнутый тип ТН делится дополнительно на:

1. Горизонтальные — самые эффективные при условии, что имеется доступ к большим по площади земельным участкам. Размещаются в траншеях, которые расположены ниже промерзания грунта.
2. Вертикальные — используются в тех случаях, когда нет достаточного по площади земельного участка. Используются скважины глубиной до 200 метров — в них монтируются теплообменники.

Системы воздух-воздух, вода-вода и воздух-вода

Тепловую энергию воздушный ТН берет из атмосферы. Для монтажа такая конструкция отличается простотой.

Положительные свойства:

• поставить оборудование так же легко, как подключить кондиционер или холодильник;
• для установки не нужен большой теплообменник;
• после подключения сразу готов к работе;
• установка требует минимального обслуживания;
• не нужно монтировать систему отопления;
• обладает низкой стоимостью;
• отсутствует бак-накопитель.

Но такой насос обладает и существенными отрицательными свойствами:

• большая зависимость степени потребления электроэнергии от температуры уличного воздуха;
• необходимость в резервном источнике тепла при сильных морозах;
• наружный блок в морозы может обмерзать.

Воздух-воздух

Воздушный насос по принципу работы напоминает тот, что применяется в кондиционере в режиме обогрева с единственным отличием: ТН настроен на отопление, а кондиционер — на снижение температуры в комнате.

Принцип действия установки воздух — воздух заключается в следующем. Воздух, даже при низких температурах, имеет некоторое количество энергии. Только при абсолютном нуле тепловая энергия отсутствует. Большинство ТН способны получать тепло при температуре -15 °С. В настоящее время некоторые производители выпускают станции, сохраняющие отбор тепла при -30 °С. Забор тепла происходит при помощи испарения фреона, который циркулирует по внутреннему контуру. Для этой цели используется испаритель, в котором хладагент преобразовывается из жидкого состояния в газообразное. При этом поглощается тепло.

Следующим блоком, который расположен в этой системе теплоснабжения, является компрессор, который фреон из газообразного состояния превращает в жидкое. При этом выделяется тепло. Эффективность установки воздух — воздух напрямую зависит от температуры окружающей среды. Чем она ниже, тем производительность станции уменьшается.

Вода-вода

При такой системе во внутреннем контуре циркулирует легко испаряющаяся жидкость, например, фреон. В качестве контура внутри помещения могут быть водяные трубы, регистры или батареи, заполненные водой.

В качестве внешнего контура может выступать любой водоем с достаточно большим количеством воды — река, озеро или пруд. В этом случае теплоноситель забирает тепло из внешнего контура и отдает его контуру внутри помещения.

Воздух-вода

ТН типа воздух — вода является наиболее универсальной моделью. Она весьма эффективна в теплое время года, но в холодное время производительность существенно падает.

Простой монтаж является преимуществом системы — подходящее оборудование монтируется в любом месте. Тепло, которое удаляется из помещения в виде газа либо дыма, может повторно использоваться.

Водяной ТН берет тепло из грунтовых вод, которые прокачиваются через испаритель. Подобный ТН отличается неплохой эффективностью и повышенной стабильностью: эффективность — это результат значительной теплоотдачи воды. Разумеется, для использования установки такого типа нужно, чтобы грунтовые воды на территории имелись в достаточном количестве. Желательно, чтобы вода находилась не глубже 30 метров.

Принцип и схема работы теплового насоса, виды

Принцип

Конструкция любого теплового теплонасоса предусматривает 2 части: наружная (поглощает тепло из внешних источников) и внутренняя (передает изъятое тепло непосредственно в систему отопления помещения). Внешними возобновляемыми источниками тепловой энергии являются, например, тепло земли, воздуха или грунтовых вод. Такая конструкция позволяет существенно снизить затраты на теплоэнергию или охлаждение для частного дома, ведь примерно 75% энергии вырабатывается, благодаря бесплатным источникам.

Схема работы

В состав отопительной установки входят: испаритель; конденсатор; разряжающий вентиль, который понижает давление в системе; компрессор, повышающий давление. Каждый из этих узлов связан друг с другом замкнутой цепью трубопровода, внутри которого находится хладагент. Хладагент в первых циклах находится в жидком состоянии, в следующих – в газообразном. Это вещество обладает низкой температурой кипения поэтому при варианте земляного типа оборудования, способен преобразоваться в газ, достигнув уровня температуры грунта. Далее газ поступает в компрессор, где происходит сильное сжатие, которое приводит к быстрому нагреву. После горячий пар поступает во внутреннюю часть теплонасоса, и уже здесь используется непосредственно для отопления помещений или для нагрева воды. Затем хладагент охлаждается, конденсируется и снова переходит в жидкое состояние. Через расширительный клапан жидкое вещество перетекает в подземную часть, чтобы повторить цикл нагрева.

Принцип охлаждения такой установки аналогичен принципу отопления, но используются не радиаторы, а фанкойлы. Компрессор в этом случае не функционирует. Холодный воздух из скважины напрямую поступает в кондиционирующую систему.

Виды теплонасосов

Какие бывают типы тепловых насосов? Различают оборудование по внешнему источнику теплоэнергии, который используется в системе. Среди бытовых вариантов выделяют 3 типа.

Грунтовый или земляной («грунт-воздух», «грунт-вода»)

Применение земляного теплонасоса в качестве источника теплоэнергии обеспечит эко-чистоту и безопасность. Стоимость такого оборудования высока, но функционал его огромен. Не требуется частого сервисного обслуживания, и обеспечен долгий срок эксплуатации.

Грунтовые теплонасосы могут быть двух видов: с вертикальной или с горизонтальной установкой трубопроводов. Вертикальный метод укладки более дорогостоящий, так как требуется глубокое бурение скважин в диапазоне 50-200 метров. При горизонтальном расположении трубы закладываются на глубину около метра. Для того, чтобы обеспечить сбор необходимого количества теплоэнергии, совокупная площадь трубопроводов должна превышать в 1,5-2 раза площадь отапливаемых помещений.

Водный насос («вода-воздух», «вода-вода»)

Для южных регионов с теплым климатом подойдут водяные установки. В прогретых на солнце водоемах температура воды на определенной глубине относительно устойчива. Предпочтительно прокладывать шланги в самом грунте дна, где температура выше. Для фиксации подводных трубопроводов используется груз.

Воздушный («воздух-вода», воздух-воздух»)

В установке воздушного типа источником энергии является воздух из внешней среды, который поступает на теплообменник испарителя, в где расположен жидкий хладогент. Температура хладогента всегда ниже, чем температура поступающего в систему воздуха, поэтому вещество моментально закипает и становится горячим паром.

Помимо классических моделей, востребованы комбинированные варианты установок. Такие теплонасосы дополнены газовым или же электрическим нагревателем. При плохих климатических условиях, производительность отопительного устройства уменьшается, и аппарат переключается на альтернативный вариант обогрева. Особенно актуально такое дополнение для оборудования типа «воздух-вода» или «воздух-воздух», так как именно этим видам свойственно понижение эффективности.

Для регионов с долгими холодными зимами надежнее всего использовать геотермальные (грунтовые) тепловые насосы. Воздушные теплонасосы подойдут для территорий с мягким южным климатом. Также при установке оборудования, использующего энергию земли, следует учитывать особенности грунта. Продуктивность теплонасоса будет гораздо выше в глинистом грунте, нежели в песчаном. Помимо этого, имеет значение глубина расположения трубопроводов, трубы необходимо укладывать глубже уровня промерзания земли в холодные периоды.

Известные бренды и ориентировочные цены

Рынок теплонасосного оборудования в России сформирован. Лидирующие позиции  здесь занимают  зарубежные компании, такие как: Nibe (Швеция), Mitsubishi Electric (Япония), Danfoss (Дания), Vaillant (Германия), Viessmann (Германия), Mammoth (США) и другие. Не уступает по соотношению «цена-качество» именитым брендам продукция российского производства (торговые марки Henk и SunDue).

Ориентировочная цена (на 2016 год) импортного теплового насоса «грунт-вода» мощностью 10 кВт, рассчитанного на обогрев дома площадью 100 м2 (без монтажа) составляет 500 000 рублей. За работы по бурению скважин, монтажу труб и пусконаладку придется доплатить в среднем от 80 000 руб не включая дополнительные материалы.

Отечественная техника дешевле. Цена аналогичного по параметрам российского теплонасоса около 360 000 рублей. Его покупка с монтажом под ключ будет стоить около 430 000 рублей. Ориентировочная цена 10 киловаттного теплонасоса «воздух-вода» от 270 000 руб. Средняя стоимость данного агрегата с установкой под ключ составляет 320 000 рублей.

Отзывы реальных владельцев этого вида техники в абсолютном большинстве положительные. В них отмечается надежная работа геотермальных тепловых насосов и низкие эксплуатационные затраты (обслуживание, электроэнергия).

Опасения тех, кто пока еще размышляет о покупке теплонасоса «воздух-вода» исходя из практики использования данной техники не оправдываются. Эти агрегаты стабильно выдают тепло вплоть до температуры наружного воздуха -25С.