Как работает тепловой насос
Тепловой насос – это один из видов оборудования для обогрева дома, в котором тепло от более холодного (низкопотенциального) источника передается более горячему (помещению). В соответствии с законами термодинамики для этого выполнить работу, которую совершает компрессор, сжимая хладогент (фреон). Как видим, функционирование этого устройство схоже с функционированием холодильника. Только там главным является охлаждение продуктов, а выделяющееся тепло побочный эффект. Здесь же, наоборот.
Принцип работы теплового насоса базируется на двух физических явлениях:
- При испарении жидкости тело охлаждается.
- Конденсировать газ можно повышая его давление.
Конструкция и схема работы
Тепловой насос состоит из следующих основных узлов:
- Компрессора.
- Расширительного клапана (дросселя).
- Испарителя – первичного теплового контура, роль которого играет внешняя среда. Конструктивно он выполнен из пластиковых труб, которые либо закапываются в грунт (горизонтально или вертикально), либо выполняются по типу внешнего блока кондиционера и размещаются на воздухе.
- Конденсатора — вторичного теплового контура. Он собой представляет теплообменник, в котором фреон отдает тепло либо воде из системы отопления дома, либо воздуху, который при помощи вентилятора подается в помещение.
- Соединительных труб.
В качестве рабочего тела над которым совершается работа выступает хладогент фреон с температурой кипения минус 550С. Благодаря такому низкому значению даже на сибирском 30-градусном морозе эта жидкость будет испаряться. Для нее это горячо. А значит, даже такой холодный воздух передаст фреону тепло.
Принципиальная схема работы теплового насоса следующая. Фреон в трубах испарителя нагревается и испаряется (у окружающей среды происходит забор тепла). Далее его втягивает компрессор и сжимает. Происходит конденсация газа с выделением тепла. Благодаря этому температура фреона становится выше температуры помещения, и он уже может передать тепло в систему отопления через теплообменник конденсатора.
После вторичного контура хладогент проходит дроссель, расширяется и охлаждается. После чего вновь попадает в испаритель. Цикл повторяется.
Виды тепловых насосов
В зависимости от того, кто является испарителем и кому фреон передает отобранное тепло, тепловые насосы бывают следующих схем:
- Грунт – вода. Здесь в качестве испарителя выступает вода (грунт), в который закапываются трубы с фреоном. При их вертикальном размещении с каждого погонного метра можно забрать 50 Вт тепла. При горизонтальном монтаже – 20 Вт. Свое тепло фреон отдает воде, циркулирующей в конденсаторе, которая после этого попадает в радиаторы отопления. Эта схема позволяет добиться максимальной тепловой мощности, но она наиболее затратная, особенно в случае вертикальной установки труб.
- Воздух – вода. В этой схеме испарителем является наружный воздух. Соответственно, трубы с фреоном находятся снаружи. Тепло, как и в первой схеме передается через воду системы отопления.
- Воздух – воздух. Эта схема похожа на предыдущую, но тепло передается через воздух, который при помощи вентилятора продувается через вторичный контур и попадает потом в помещение.
Как подобрать тепловой насос
Подбор такого насоса производится по тепловой энергии, которую необходимо получить для обогрева объекта. Например, для дома площадью 100 м2, расположенного в центральной части Украины (коэффициент равен 1) необходимо 10 кВт тепла (100 Вт на 1 м2).
Для насоса «грунт — вода» с вертикальной компоновкой необходимо 200 м труб. В случае горизонтальной компоновки – 400 м.
При схеме «воздух – вода» и «воздух – воздух» при температуре наружного воздуха минус 15-200С и мощности компрессора 5 Квт будет генерироваться 6 Квт тепла, что недостаточно. При температуре +5-100С можно уже выдавить из воздуха 12 киловатт тепла. Но этот показатель избыточен. Поэтому указанные выше схемы требуют дополнительного источника тепла. Но зато тепловые насосы «воздух-воздух» в жаркое время года могут заменить кондиционеры (то есть работать в обратном цикле).
Цена и производители
Наиболее дорогая (но и самая эффективная) схема «вода – вода» с вертикальной компоновкой. Например, для того же дома площадью 100 м2 делают 6 скважин глубиной по 35 м. Общая стоимость теплового насоса составляет порядка 15 тыс. долларов. При горизонтальной компоновке – 10 тыс. долларов (без учета стоимости участка земли, где необходимо разместить 400 м труб). Для тепловых насосов «воздух-воздух» и «воздух — вода» цена составит 2-3 тыс. долларов. Но, повторимся, необходима установка дополнительных нагревательных приборов отопления дома.
Стоимость теплового насоса зависит не только от его мощности и схемы (особенно для типа «вода-вода», где пропорционально растет из-за этого объем земляных работ), но и от бренда оборудования, которое применяется.
В нашей стране наиболее популярны следующие модели тепловых насосов (согласно рейтингу 2019 года):
| №
п/п |
Модель | Тип | Тепловая
Мощность, кВт |
Особенности |
|
1
|
NIBE F1245-12 R | грунт-вода | 11,2 | Бойлер на 180 л и резервный электронагреватель 9 кВт. |
| 2
|
Hitachi Yutaki S 80 RWH-4.0NFE | воздух-вода | 15,2 | Обеспечивает горячей водой 2,9 м3/ч |
|
3 |
Hitachi Yutaki S Combi RWD-2.0NWE-260S | воздух-вода | 7 | Может работать, как кондиционер |
|
4 |
Lessar LSM-H080HFA2 | воздух-воздух | 8 | Может работать, как кондиционер. |
|
5 |
Mitsubishi Electric PUHZ-SW50VHA | воздух-воздух | 6 | Может работать, как кондиционер. |
Преимущества и недостатки тепловых насосов
Преимущества:
- КПД выше 100% (используется тепло окружающей среды).
- Экологичность.
- Безопасность.
- Многофункциональность.
Недостатки:
Недостаток один – высокая цена. Из-за этого в Украине, где нет государственной программы стимулирования возобновляемых и экологичных источников тепла, тепловые насосы распространены очень слабо.
Компания СантехКлаус предлагает множество интересных моделей тепловых насосов разных типов известных брендов, охватывающих широкий диапазон мощностей.
инфракрасный тёплый пол