Содержание статьи
Монтаж теплового насоса
Метод установки прибора зависит от типа и модели устройства, а также от особенностей местности. Давайте рассмотрим пример монтажа простейшего теплового насоса класса земля-вода:
Сначала проводятся подготовительные работы. На данном этапе происходит замер уровня залегания грунтовых вод, определение мощности электросети и так далее. В конце этапа происходит бурение скважины в соответствии с планом.
Фото 5. Монтаж теплового насоса типа грунт-вода: в заранее вырытые скважины погружаются специальные трубы.
- После чего в скважины опускаются геотермальные зонды, которые будут извлекать тепло из земли. На этом этапе устанавливается также ещё и испаритель с хладагентом, который будет передавать тепло на компрессор.
- Теперь его необходимо установить. Обычно прибор ставят в помещении рядом с домом; площадь компрессора обычно составляет менее 1 квадратного метра, поэтому, как правило, такое устройство устанавливают в небольшом помещении.
- После этого происходит подключение насоса к отопительной сети дома с помощью труб. На завершающем этапе производится тестовый запуск, а в случае обнаружения каких-либо недочётов производится отладка.
Подготовительные работы перед эксплуатацией
Приобретение комплекта оборудования еще не означает, что все готово к полноценному функционированию. Понадобится обеспечить подключение оборудования к системе отопления в доме и к наружной системе циркуляции воды. Потребуется выполнить массу различных мероприятий, без которых комплекс работать не будет. Рассмотрим их детальнее.
Выбор оптимального источника воды
Источник воды должен быть расположен поблизости от жилья
Это важно, поскольку в зимнее время транспортировка воды производится по поверхности земли, существует опасность перемерзания трубопроводов. Если организовать рытье траншей и укладку в них труб, то стоимость всего комплекта существенно увеличивается. При большом удалении источника (более 100 м) придется отказываться от использования воды из открытого водоема и пользоваться грунтовыми водами из скважины
Такой вариант имеет недостаток — заранее неизвестно качество воды. Поведение скважины также под вопросом, если ее стенки будут неустойчивы, склонны к обрушению или заиливанию, то вскорости может возникнуть необходимость повторного бурения
При большом удалении источника (более 100 м) придется отказываться от использования воды из открытого водоема и пользоваться грунтовыми водами из скважины. Такой вариант имеет недостаток — заранее неизвестно качество воды. Поведение скважины также под вопросом, если ее стенки будут неустойчивы, склонны к обрушению или заиливанию, то вскорости может возникнуть необходимость повторного бурения.
Установка тепловой системы с использованием скважины
Для питания системы понадобится пробурить две скважины. Одна из них — дебетовая (подающая), из нее производится забор воды для комплекса. Вторая скважина — приемная, в нее производится сброс отработанной, прошедшей через испаритель теплового насоса жидкости. Наличие двух скважин делает дороже создание системы обогрева, но обеспечивает точку сброса отработанной воды и позволяет пополнять объемы водоносных горизонтов. Нарушение баланса объемов грунтовых вод — крайне опасное и непредсказуемое мероприятие, поэтому необходимо заботиться о максимальном смягчении возможных последствий.
Устройство дебетовой скважины
Глубина дебетовой скважины не должна превышать 50 м, иначе ее эксплуатация станет нерентабельной. Понадобится использование мощного насоса, стоимость которого высока, а потребление электроэнергии ставит под вопрос целесообразность всей затеи с использованием теплового насоса.
Объем воды, который должна обеспечить дебетовая скважина, рассчитывается по формуле:
- где — объем воды.
- Q — теплопроизводительность насоса
- потребляемая мощность насоса
- — разница температур на выходе из дебетовой скважины и на входе в приемную
Для проверки способности скважины обеспечить необходимый объем воды производится пробный забор в течение 3 дней Если за это время количество воды не убывает, скважина считается пригодной для эксплуатации.
Особенности приемной скважины
Приемная скважина должна располагаться по пути течения грунтовых вод. Поскольку заранее определить направление потока невозможно, то из двух скважин одну назначают дебетовой, а другую — приемной в случайном порядке. Если за время пробного забора температура воды падает, а объем уменьшается, назначение скважин изменяют, погружной насос переносят во вторую скважину.
Сливной трубопровод нельзя располагать над уровнем воды или слишком плотно опускать ко дну скважины — это вызовет заиливание или заболачивание полости. Трубопровод быстро забьется и потребует постоянной очистки. Для того, чтобы иметь возможность пользования системой, желательно иметь резервные скважины для быстрого переноса слива или питания.
Устройство системы с использованием водоема
Использование водоема делает запуск системы намного более дешевым и простым. Глубина водоема должна быть не менее 3 м (в теплых регионах достаточно 1 м). Необходимо, чтобы уровень воды был стабилен и не подвергался сезонным колебаниям. Оптимальный материал для труб — полиэтилен низкого давления
Необходимо учесть важность утепления и защиты трубопроводов от механического повреждения
Подготовка дома к установке теплового насоса
Установка системы теплового насоса требует качественной подготовки дома. Необходимо тщательное утепление, устройство системы обогрева (радиаторная система неэффективна, оптимальный вариант — теплый пол). Питание теплового насоса должно быть бесперебойным. Если помимо обогрева систему планируется использовать как источник ГВС, то понадобится организовать прием отработанной воды.
Как определить мощность воздушного теплового насоса
Логично, что в первую очередь необходимо понять, какой объём тепла способен потерять дом при минимальной температуре, аналогичный объём тепла должен перенести тепловой насос «воздух-вода» из окружающей среды для обеспечения температурного баланса. Достаточно изначально правильно оценить общее поступление тепла для того, чтобы определить, какой должна быть холодопроизводительность тепловой установки. В упрощенном варианте рассчитать мощность можно, используя для этой цели специальное программное обеспечение. Найти его можно в Сети, обратившись на официальные сайты производителей оборудования данного типа. Они предлагают все необходимые сведения по производительности и холодопроизводительности, выраженные с учетом разных значений точки бивалентности и температуры теплоносителя – главных характеристик, имеющих значение. Также для расчёта можно использовать специальные формулы, благодаря которым примерно оценивается степень возможных теплопотерь, выбрав точку бивалентности и определив, сколько киловатт потребуется для отопления и нагрева воды для бытовых нужд либо для наполнения бассейна. Аналогичным способом рассчитывается мощность по холоду.
Достоинства и недостатки тепловых насосов
Принцип работы тепловых насосов, если говорить простым языком, основан на сборе низкопотенциальной тепловой энергии и ее дальнейшей передаче в отопительные и климатические системы, а также в системы подготовки воды, но уже с более высокой температурой. Можно привести простой пример в виде газового баллона – когда он наполняется газом, компрессор нагревается за счет его сжатия. А если выпустить газ из баллона, то баллон охладится – попробуйте резко выпустить газ из многоразовой зажигалки, чтобы понять суть этого явления.
Таким образом, тепловые насосы как бы отбирают тепловую энергию у окружающего пространства – она есть в земле, в воде и даже в воздухе. Даже если воздух имеет отрицательную температуру, в нем по-прежнему присутствует тепло. Также оно имеется в любых водоемах, которые не промерзают до самого дна, а также в глубоких слоях грунта, тоже не поддающихся глубокому промерзанию – если, конечно, это не вечная мерзлота.
Тепловые насосы обладают довольно сложным устройством, в чем можно убедиться, попробовав разобрать холодильник или кондиционеры. Эти привычные нам бытовые агрегаты чем-то похожи на вышеупомянутые насосы, только работают они в обратном направлении – забирают тепло из помещений и отправляют его наружу. Если приложить руку к заднему радиатору холодильника, то мы отметим, что он теплый. И это тепло есть не что иное, как энергия, отобранная у фруктов, овощей, молока, супов, колбасы и прочих продуктов, лежащих в камере.
Аналогичным образом работают кондиционеры и сплит-системы – тепло, выделяемое уличными блоками, представляет собой тепловую энергию, собранную по крупицам в охлаждаемых помещениях.
Принцип действия теплового насоса обратен принципу действия холодильника. Он по тем же крупицам собирает тепло из воздуха, воды или грунта, после чего перенаправляет его к потребителям – это отопительные системы, теплоаккумуляторы, системы теплых полов, а также водонагреватели. Казалось бы, нам ничто не мешает греть теплоноситель или воду обычным ТЭНом – так проще. Но давайте сравним продуктивность тепловых насосов и обычных ТЭНов:
При выборе теплового насоса самое главное — наличие конкретного природного источника энергии.
- Обычный ТЭН – на выработку 1 кВт тепла он расходует 1 кВт электроэнергии (без учета погрешностей;
- Тепловой насос – на выработку 1 кВт тепла он потребляет всего 200 Вт электроэнергии.
Нет, никакого КПД, равного 500%, здесь нет – законы физики непоколебимы. Просто здесь работают законы термодинамики. Насос как бы аккумулирует энергию из пространства, «сгущает» ее и отправляет потребителям. Аналогичным образом мы можем собирать дождевые капли через большую лейку, получая на выходе солидный ручеек воды.
Мы уже привели множество аналогий, позволяющих понять суть тепловых насосов без заумных формул с переменными и константами. Давайте теперь рассмотрим их достоинства:
- Экономия электроэнергии – если стандартное электрическое отопление домовладения площадью 100 кв. м. приведет к затратам в 20-30 тыс. рублей в месяц (в зависимости от температуры воздуха на улице), то отопительная система с тепловым насосом снизит расходы до приемлемых 3-5 тыс. рублей – согласитесь, это уже довольно солидная экономия. И это без подвохов, без обмана и без маркетинговых уловок;
- Забота об окружающей среде – угольные, атомные и гидроэлектростанции вредят природе. Поэтому пониженное потребление электроэнергии позволяет снизить количество вредных выбросов;
- Широкая сфера использования – полученную энергию можно использовать для обогрева жилища и подготовки горячей воды.
Есть и недостатки:
- Высокая стоимость тепловых насосов – этот недостаток накладывает ограничение на их использование;
- Необходимость в регулярном обслуживании – за это нужно платить;
- Трудность в монтаже – в наибольшей степени это относится к тепловым насосам с закрытыми контурами;
- Отсутствие восприятия людьми – мало кто из нас согласится потратиться на это оборудование, чтобы снизить нагрузку на окружающую среду. Но некоторые люди, живущие вдали от газовых магистралей и вынужденные отапливать жилье альтернативными источниками тепла, согласны потратить деньги на покупку теплового насоса и снизить расходы на ежемесячную оплату электроэнергии;
- Зависимость от электросети – если поставка электроэнергии прекратится, оборудование сразу же замрет. Ситуацию спасет установка теплоаккумулятора или резервного источника электропитания.
Как видим, некоторые минусы довольно серьезные.
В качестве источников резервного питания для тепловых насосов могут выступать бензиновые и дизельные электрогенераторы.
Как проанализировать климатические условия и подобрать точку бивалентности
Насколько эффективной будет работа воздушного теплового насоса, напрямую зависит от того, какая температура воздуха поддерживается вне помещения. Логично предположить, что чем она выше, тем более продуктивно демонстрирует себя оборудование «воздух-вода». Если рассматривать его с точки зрения экономии финансов, то мощный воздушный тепловой насос может быть невыгоден, если устанавливать его для того, чтобы покрыть тепловую нагрузку на 100%. Гораздо рациональнее использование аналогичного оборудования, способного обеспечить до 90% потребности в тепле, тогда как в период возникновения пиковых нагрузок лучше дополнительно подключать теплогенератор иного типа, в качестве которого может использоваться запасной котел или электронагреватель. Подобное решение позволит обеспечить минимальные затраты на эксплуатацию оборудования. Специалисты данного направления называют момент перехода на дополнительный обогрев точкой бивалентности. Для Киева и близлежащих регионов данный параметр составит -7 °C даже несмотря на то, что тепловой насос «воздух-вода» вполне может справиться с нагрузкой при -25°C.
Получается, что достаточно всего один раз правильно рассчитать необходимые параметры ещё перед приобретением подобной системы для того, чтобы получить в итоге рациональное решение, идеально выполняющее свои функции и не затратное в плане стоимости. Тепловой насос «воздух-вода» — цена которого не маленькая, все равно является самым выгодным видом отопления и кондиционирования, поскольку очень быстро окупается и служит владельцу много лет.
Выбор типа теплового насоса
Основным показателем этой системы обогрева является мощность. От мощности в первую очередь будут зависеть и финансовые затраты на покупку оборудования и выбор того либо иного источника низкотемпературного тепла. Чем выше мощность тепловой насосной системы, тем больше стоимость комплектующих элементов.
В первую очередь имеется в виду мощность компрессора, глубина скважин для геотермических зондов, либо площадь для размещения горизонтального коллектора. Правильные термодинамические расчеты являются своеобразной гарантией того, что система будет эффективно работать.
При наличии рядом с личным участком водоема наиболее рентабельным и производительным выбором станет тепловой насос вода-вода
Для начала следует изучить участок, который планируется для монтажа насоса. Идеальным условием будет наличие на этом участке водоема. Использование варианта типа вода-вода значительно сократит объем земляных работ.
Использование тепла земли напротив предполагает большое количество работ, связанных с выемкой грунта. Системы, которые в качестве низкопотенциального тепла используют водную среду, считаются наиболее эффективными.
Устройство теплового насоса, извлекающего тепловую энергию из грунта, предполагает проведение внушительного количества земляных работ. Закладывается коллектор ниже уровня сезонного промерзания
Использовать тепловую энергию грунта можно двумя способами. Первый предполагает бурение скважин диаметром 100-168 мм. Глубина таких скважин, в зависимости от параметров системы, может достигать 100 м и более.
В эти скважины помещают специальные зонды. При втором способе используется коллектор из труб. Такой коллектор размещается под землей в горизонтальной плоскости. Для этого варианта необходимо достаточно большая площадь.
Для укладки коллектора идеальными считаются участки с влажным грунтом. Естественно, бурение скважин обойдется дороже, нежели горизонтальное расположение коллектора. Однако не на каждом участке есть свободные площади. На один кВт мощности теплового насоса нужно от 30 до 50м² площади.
Сооружение для забора тепловой энергии одной глубокой скважиной может оказаться немногим дешевле рытья котлована
Но веский плюс заключается в существенной экономии места, что важно для владельцев небольших участков. В случае с наличием на участке высоко залегающего горизонта грунтовых вод, теплообменники можно устроить в двух расположенных на расстоянии около 15 м друг от дружки скважинах
В случае с наличием на участке высоко залегающего горизонта грунтовых вод, теплообменники можно устроить в двух расположенных на расстоянии около 15 м друг от дружки скважинах.
Отбор тепловой энергии в таких системах путем перекачивания грунтовой воды по замкнутому контуру, части которого расположены в скважинах. Такая система нуждается в установке фильтра и периодической чистке теплообменника.
Самая простая и дешевая схема теплового насоса основана на извлечении тепловой энергии из воздуха. Некогда она стала базой для устройства холодильников, позже согласно ее принципам разработаны были кондиционеры.
Самая простая тепловая насосная система получает энергию из воздушной массы. Летом она участвует в отоплении, зимой в кондиционировании. Минус системы в том, что в самостоятельном исполнении агрегат с недостаточной мощностью
Эффективность различных типов данного оборудования не одинакова. Наименьшими показателями обладают насосы, использующие воздушную среду. К тому же эти показатели напрямую зависят от погодных условий.
Грунтовые разновидности тепловых насосов имеют стабильные показатели. Коэффициент эффективности данных систем варьируется в пределах 2,8 -3,3. Наибольшей эффективность обладают системы вода-вода. Это связано, в первую очередь, со стабильностью температуры источника.
Надо заметить, что чем глубже расположен в водоеме коллектор насоса, тем стабильнее будет температура. Для получения мощности системы в 10КВт, необходимо около 300 метров трубопровода.
Основным параметром, характеризующим эффективность работы теплового насоса, считается его коэффициент преобразования. Чем выше коэффициент преобразования, тем эффективнее считается тепловой насос.
Коэффициент преобразования теплового насоса выражается через отношение показателей теплового потока и электрической мощности, затраченной на работу компрессора
Выводы и полезное видео по теме
У нас тепловые насосы пока еще не особенно распространены, однако уже можно найти умельцев, способных поделиться опытом самостоятельного изготовления подобных систем. Предлагаем подборку полезных видеоматериалов.
Особенности подключения, эксплуатации самодельного теплового насоса:
Видеоотзыв о работе самодельной отопительной системы из кондиционера:
Схемы обогрева с теплонасосами не всегда рентабельны и удобны, поэтому обязательно взвесьте плюсы и минусы отопления этого типа.
Если придете к выводу, что такая система подойдет для вашего дома, не торопитесь тратить огромные суммы на готовую установку и соберите конструкцию самостоятельно. Это не так уж и сложно, требует гораздо меньших денежных вложений, а эффект может превзойти все ожидания.
Собираетесь собрать тепловой насос собственноручно, но не знаете с чего начать? Или может уже доводилось собирать подобную конструкцию и есть необходимые знания, которыми вы можете поделиться с нашими читателями? Оставляйте, пожалуйста, комментарии, задавайте вопросы в расположенном ниже блоке.
