Как работают тепловые насосы. Виды насосов для отопления частного дома

Тепловые насосы являются рациональным и современным решением для обогрева частного дома с круглогодичным проживанием. Газ проведен далеко не везде, электрообогреватели дороги в эксплуатации, а использовать котел не всегда практично. Все эти нюансы полностью компенсируются установкой насоса.

Данное оборудование не требует большого количества энергии, не использует горючие материалы и токсичные теплоносители, почти не производит шума и безопасно в использовании. Все это стало возможным благодаря организации процесса получения тепла: в качестве источника выступает не сжигаемое топливо или электричество, а сама окружающая среда - земля, воздух, скалистые горы и водоемы накапливают в себе тепло, которое можно переместить к себе в дом.

Виды и принцип работы теплового насоса

Чтобы понять, как работает насос для отопления, лучше всего представить себе холодильник, который забирает тепло из камер хранения и выводит его наружу, оставляя внутри холод. Это осуществимо благодаря законам физики, согласно которым тепловая энергия передается от более горячего тела к более холодному. Также устроен и насос: он вбирает в себя тепло окружающей среды и переносит во внутрь.

Тепловой насос для отопления представляет из себя замкнутую систему, которую можно условно поделить на 2 части – внутреннюю и внешнюю. Внешняя забирает тепло от источника и усиливает его, тогда как внутренняя отвечает непосредственно за обогрев помещения. Ключевым элементом здесь являются специальные вещества – хладагенты. Они легко «впитывают» в себя даже минимальное тепло, в следствие цикла из нескольких этапов:

• Хладагент в контуре нагревается от окружающей среды и испаряется, превращаясь в газ.
• Газ поступает в компрессор, где под огромным давлением сжимается и выделяет еще больше тепла.
• Тепло передается теплоносителю, с помощью которого радиаторы обогревает помещение.
• Остывший газ поступает в конденсатор, где переходит обратно в жидкое состояние.
• «Холодный» хладагент возвращается в контур и цикл повторяется заново.

Главным преимуществом такого теплообмена является соотношение между затраченной на производство тепла энергией и его количеством, которое может достигать 400%. То есть из 1 кВт электричества при определенных условиях можно получить до 5 кВт полезного тепла, что в первую очередь положительно сказывается на затратах на отопление, поскольку электроэнергия не тратится на получение самого тепла и расходуется только на компрессор и другие узлы системы.

Стоит отметить, что весь процесс можно повернуть вспять, если конкретная модель поддерживает такую функцию, и тогда уже оборудование будет передавать тепло из помещения наружу, выполняя роль кондиционера, потому можно сэкономить и на установке последнего для комфортного проживания в доме летом.

Но насос не может забирать тепло одновременно и из воздуха, и из земли. В зависимости от вида источника, разнится не только его конечная эффективность, но и устройство. Для удобства классификации, ввели условное обозначение «источник-теплоноситель», которое позволяет понять и сравнить виды насосов.

Воздушный насос для отопления

У воздушного насоса для отопления 2 исполнения: «воздух-воздух» или «воздух-вода». Так как получать тепло из воздуха проще всего, данный насос имеет наиболее простое устройство. Нагревательный блок небольшой и устанавливается без сложных монтажных работ.

Но при выборе системы «воздух-воздух» следует учитывать климатические условия, потому что при температуре ниже -20°С ее эффективность значительно снижается и прогреть целый дом может быть затруднительно. Исходя из этого, наилучшим решением будет использование такого воздушного насоса в небольших жилых помещениях до 100 м².

Система «Воздух-вода» более мощная и габаритная, так как нагрев жидкости требует больше энергии, чем нагрев газа. Но, благодаря этим особенностям у нее шире спектр применения:

• Работа в температурах до -30°С;
• Обогрев большей площади;
• Устойчивое поддержание температуры;
• Большая эффективность энергозатрат.

Отдельно стоит упомянуть о взаимодействии отопительной системы «воздух-вода» с теплыми полами на водяной основе. Так как теплоносители одинаковы, их легко соединить и затраты на обогрев снизятся еще больше.

Грунтовой насос для отопления

Это наиболее популярный вид теплового насоса, так как имеет максимальную мощность, надежность и эффективность. Поскольку земля очень хорошо сохраняет тепло (температура на глубине всегда держится в диапазоне +5 +15°С), то извлекать его можно в любое время года независимо от погодных условий, главное – чтобы скважина была правильной.

Из-за высокого КПД, оптимальным типом геотермального насоса является «грунт-вода», но если отапливаемая площадь небольшая, то можно спокойно использовать и «грунт-воздух». Преимущества и особенности теплоносителей в данном случае схожи с воздушными насосами.

Основных способов погружения теплового контура в грунт два – вертикальный и горизонтальный.

• Вертикальный контур.

Чтобы такой насос работал как надо, необходимо верно рассчитать глубину скважины. Обычно в России слой промерзания грунта составляет 1.5-2 м, потому чуть ниже этого расстояния монтируется коллектор для сбора тепла с помощью специальных зондов, которые и погружаются непосредственно в шахту. Ее глубина должна быть не менее 50 м, поскольку почва там остывает гораздо медленнее.

Чтобы обеспечить постоянную высокую температуру, рекомендуется бурить скважину на глубину 150-200м. В качестве альтернативы можно вырыть несколько менее глубоких скважин, но важно соблюсти приличное расстояние между ними, чтобы почва имела «запас прочности».

• Горизонтальный контур.

Если бурить скважину нет возможности, можно положить контур в землю горизонтально. В данном случае трубы должны пролегать на глубине 1-2 м в зависимости от климата. Обычно форма такого контура выполнена в виде витков как наиболее эффективная, но может быть использована и любая другая.

Так как почва имеет свою удельную тепловую емкость, чтобы теплоснабжение было стабильным, нужно подбирать размер контура так, чтобы между витками было не менее 1 м расстояния, потому главным ограничителем для такого способа монтажа насоса является место: если площадь участка небольшая и разместить оптимальный контур затруднительно, то стоит предпочесть вертикальную систему.

Еще один часто используемый вариант прокладки контура – водный. Дно водоема всегда имеет высокую температуру. На это влияет и тепло, передаваемое землей, и сама вода, поскольку мало какое озеро или пруд возле дома промерзает насквозь.

Имеют значение при эксплуатации грунтового отопительного насоса и другие факторы, такие как тип и состав земли. Глина и камни значительно лучше удерживают тепло, нежели рыхлая почва, потому, прежде чем приступить к выбору оборудования, следует провести геологические исследования на предмет состава недр. Особенно эффективно поддерживать теплообмен помогут грунтовые воды.

Как выбрать насос для отопления

Чтобы правильно подобрать оборудование, нужно точно рассчитать потребность в тепле, длину всех контуров отопительной системы (а на ее основе и расход теплоносителя), а также знать разницу температур между источником и внутренними помещениями. В общем виде формула расчета тепловой мощности выглядит так:

Удельная мощность = разница температур * расход теплоносителя в час / 1000

Важно серьезно отнестись к процессу планировки и монтажа теплового насоса. Хоть данная инженерная конструкция не требует каких-либо согласований, желание сэкономить на подрядчиках может привести к путанице в проекте и, как результат, некачественной работе оборудования и поломкам. Потому в данном случае монтажная и обслуживающая организация должна быть одной и той же.

Стоит обратить внимание и на качество используемых материалов, особенно при выборе грунтового насоса. Его установка займет немало времени и сил, и искать утечку из-за ржавых труб под землей может оказаться серьезной проблемой.

Чтобы не ошибиться в выборе насоса для отопления и получить подробную информацию обо всех отопительных системах, позвоните нам по тел. +7 (495) 139-60-20, и наши специалисты окажут вам полное содействие по любому смежному вопросу.