Тепловой насос для отопления дома. Эффективно или нет? Как правильно выбрать тепловой насос? Советы и этапы монтажных работ. Отзывы потребителей.
Как работает тепловой насос?
ТН — парокомпрессионная установка, забирающая тепло у холодных источников. Чтобы понять принцип действия чудо-конструкции, надо вспомнить о том, как функционирует холодильник, который тоже можно назвать небольшим тепловым насосом. Продукты с комнатной температурой помещаются в агрегат, затем тепло выкачивается из камеры и скапливается во внешнем радиаторе, отдающем его помещению. По этой причине для нормальной его работы нужно оставлять между стеной и прибором свободное место.
Подобный принцип, который называют циклом Карно, используется и в бытовых кондиционерах. Для тепловых насосов тоже характерно извлечение тепловой энергии из окружающей среды: из воздуха, грунта, подземных вод или водоемов. Передача тепла происходит за счет конденсации, испарения хладагента. В тепловых насосах, как и в холодильниках, в этой роли также чаще выступает фреон.
Любой тепловой насос имеет испаритель, конденсатор, и компрессор, повышающий давление. Все приборы соединены трубопроводом в единый замкнутый контур. По этим трубам циркулирует фреон — углеводород, у которого температура кипения очень низкая. В холодной части контура он находится в жидком состоянии, в теплой — превращается в газ.
Теперь надо рассмотреть, как работает тепловой насос. Двигаясь по источнику тепла (например, по трубам, уложенным в грунт) теплоноситель нагревается на несколько градусов даже в том случае, если температура мала и составляет всего 4-5°. Потом он поступает в испаритель и отдает тепло во внутренний контур системы, которая заполнена фреоном. Даже небольшого количество тепла хватает для перехода хладагента из жидкого состояния в газообразное.
Хладагент, превратившийся в пар, поступает в компрессор, где он сжимается. Повышение давления приводит к повышению его температуры. Далее горячий фреон следует в конденсатор, где отдает тепло тому теплоносителю, который функционирует в системе отопления дома. Им может быть вода, воздух, тот же фреон. Нагретый теплоноситель поступает с систему горячего водоснабжения и отопления, а хладагент, отдавший тепло, охлаждается, превращается в жидкость, поступает в испаритель, в котором снова нагревается, и кругооборот его в контуре повторяется.
Тепловой насос воздух-вода классификация
В первую очередь они разделяются на два типа:
Моноблочные тепловые насосы в свою очередь разделяются по варианту установки:
тепловые насосы, которые имеют сплит-систему, также разделяются на два основных типа:
- с разделителем контура хладагента (фреонового контура)
- с промежуточным теплообменником
Рисунок 5. Классификация тепловых насосов типа воздух-вода
Виды тепловых насосов
В зависимости от источника энергии различают 3 вида устройств:
- Водяные. Используют тепло, накопленное в водоемах.
- Воздушные. Функционируют за счет тепла, получаемого из воздуха.
- Грунтовые или геотермальные. Работают благодаря теплу, поступающему от грунтовых вод и земли.
В зависимости от используемого вида теплового насоса можно выделить его основные плюсы и минусы.
Преимущества или недостатки?
Так как данные устройства появились у нас относительно недавно, многие россияне до сих пор относятся к ним с большим недоверием. В США, Европе и Японии их используют давно и успешно. Однако нельзя сказать, что такое оборудование для нашей страны абсолютная загадка, «терра инкогнита».
В СССР тоже проводились эксперименты, касающиеся таких альтернативных источников энергии. Однако широкого распространения эта технология так и не получила. Поэтому важно понять, почему, и имеет ли большой смысл замена привычных систем на эко-новинку? Приставка «эко» в этом случае может означать как экологию, так и экономию.
Достоинства
Первое и несомненное преимущество тепловых насосов — значительная экономия электроэнергии. Да, им, в отличие от солнечных коллекторов, она необходима, однако в гораздо меньших количествах. Например, электрический котел (или обогреватель) забирает столько же энергии, сколько выдает тепла. Тепловой насос, наоборот, тратит минимум электроэнергии, а тепла производит в три-семь раз больше. Оборудование может потратить 5 кВт/ч, однако тепла оно выделяет не менее 17 кВт/ч. Высокий КПД — самое привлекательное качество тепловых котлов.
Другие плюсы установки альтернативной системы:
- Серьезная экономия на энергоносителях. Цены на все виды топлива неумолимо растут, а тепловой насос позволит получать большее количества тепла при сократившихся расходах на электроэнергию.
- Возможность установки в любой местности, так как источником тепла способны стать воздух вода либо грунт. Особенно актуально оборудование для участков, расположенных далеко от газовой магистрали.
- Реверсивность установки. Тепловые насосы универсальны. Зимой они обеспечивают тепло, жарким летом дают возможность обеспечить помещению прохладу. Однако такой функцией оснащают не все модели.
- Долговечность. Оборудование, за которым ухаживают должным образом, способно бесперебойно работать 25-50 лет. Замена компрессора может потребоваться раз в 10-15 (максимум 20) лет.
- Возможность использования в любых условиях: там, где нет электричества, устанавливают бензиновый либо дизельный двигатель.
- Экономия на техническом обслуживании. Оборудование не потребует на него больших расходов.
- Бесперебойная работа при температуре -15°.
- Полная автоматизация теплового насоса.
- Безопасность для окружающей среды.
- Бесплатность источника тепла.
Помимо плюсов есть у систем и слабые стороны.
Недостатки
К ним относится:
- Цена тепловых насосов и стоимость обустройства геотермальной системы. Причем окупится оборудование далеко не сразу. Владельцам придется ждать как минимум 5 лет. Исключение — воздушные устройства, не требующие дополнительных вложений.
- Необходимость добавления дополнительного источника тепла в тех регионах, где температура нередко бывает ниже -20°. Такая система называется бивалентной. Если не справляется тепловой насос, то подключается теплогенератор (газовый котел, электрообогреватель).
- Экологичность, все же находящаяся под вопросом. Для человека угрозы нет, но она существует для экосистемы. Например, в грунте живут микроорганизмы — анаэробы. При сильном охлаждении пространства около труб им грозит неминуемая гибель.
- Почти необходимость обеспечить в доме трехфазную электросеть. Для исправной работы теплового насоса надо свести к минимуму перепады напряжения, которые способны спровоцировать поломку установки.
Оптимально использование такого оборудования в системах, где низкотемпературный теплоноситель, пример — «теплый пол».
Чтобы понять, целесообразна ли покупка и установка теплового насоса, владельцам придется оценить все плюсы и минусы. Главные «противники» — экономия электроэнергии (топлива) и серьезные расходы на приобретение и установку. К существенным минусам ТН относят низкий КПД в холодное время года, однако есть модели, которые могут вырабатывать тепло даже при -35°. Но заплатить за них придется еще дороже.
Стоит ли тратиться на покупку и установку ТН? Каждый решает сам. Единоразовое вложение даст шанс навсегда забыть о больших счетах за отопление. Кроме того, в пользу оборудования свидетельствует его полная безопасность для жильцов, и почти полная — для окружающей среды.
Преимущества
- все компоненты устройства, расположены в помещении, и благодаря этому они защищены от неблагоприятных атмосферных условий
- отсутствие видимых компонентов не влияет на экстерьер здания
- отсутствует риск заморозки системы
- во время монтажа нет необходимости вмешиваться в контур хладагента (фреона)
Отопительный контур
Тепловой насос, в отличие от котлов на газу, угле или электричестве, нагревает носитель в среднем до 40⁰C. Это оптимальная температура, при которой и износ оборудования минимальный, и потребление электричества. Для обычных радиаторов таких показателей недостаточно. Поэтому с тепловым насосом обычно используют не трубы и батареи, а теплый пол. Он при таком нагреве теплоносителя эффективнее. Только шаг между трубами должен быть меньше. Стоит учесть, что теплый пол создает ограничения по выбору мебели и сушит воздух. Потребуется дополнительное увлажнение. Летом полы могут работать на охлаждение.
Тепловые насосы: виды систем
Если решения принято в пользу этой альтернативы, то следующий шаг — знакомство с разновидностями таких систем. Их существует несколько. Воздушные (аэротермальные) установки забирают тепло из воздуха, геотермальные используют тепловую энергию земли, гидротермальные — наземных/подземных вод.
Воздушные
Аэротермальные насосы используют тепловую энергию воздуха, находящегося снаружи здания. Эта конструкция максимально проста, поэтому дополнительное оборудование ей не требуется. Воздух сразу поступает в испаритель, там он передает тепло хладагенту, а тот, в свою очередь, теплоносителю внутри дома.
Из-за простоты системы затраты на нее минимальны, однако в этом случае самой важный критерий — производительность установки, но она сильно зависит от температуры внешней среды. В тех регионах, где зимы теплые (от 0° до +5°), такое оборудование будет самым экономичным вариантом из всех возможных.
Если температура зимой в местности, где стоит дом, нередко минует отметку -15°, то тепловые насосы использовать попросту не имеет смысла: производительность ТН в холода сильно падает, а об окупаемости его даже думать не придется. В этом случае рациональнее включать традиционный электрообогреватель либо котел.
Другой «влиятельный» фактор — влажность воздуха. В тех районах, где он сухой, а температура зимой не падает ниже -15°, тепловые насосы устанавливать можно. Холодному, влажному климату такое оборудование противопоказано: тепловые установки не смогут эффективно работать из-за обмерзания и обледенения.
Водяные
Эти гидротермальные источники тепла могут использоваться по-разному.
- Река, озеро или море. В этом случае коллектор располагают на дне водоема. Эти трубы с жидкостью-антифризом притапливают грузом. Так как температура теплоносителя высока, то оборудование обещает серьезную экономию. Однако целесообразно делать такую установку лишь в тех домах, которые расположены не расстоянии 50 метров, но не более, так как эффективность оборудования уменьшается с каждым лишним метром.
- Канализационные стоки. Коллектор, установленный в них, можно использовать как для отопления частных и многоэтажных домов, так и для систем горячего водоснабжения. Этот способ с успехом применяют в некоторых российских городах, чаще для обеспечения обогрева и ГВС промышленных зданий.
- Грунтовая, скважинная вода. Это система предполагает наличие двух колодцев. Из одного воду забирают, в другой сбрасывают. Такая установка сложна в монтаже и трудозатратна.
Самые лучшие условия у тех, кто живет недалеко у глубокого водоема. Если климат позволяет, а дом расположен у реки, озера или на побережье, то шанс получить бесплатное отопление и ГВС упускать нельзя.
Грунтовые
Это самый практичный вариант: грунт — стабильный источник, который накапливает тепло в течение сезона. На 10-метровой глубине температура неизменна, она составляет +10 °. С каждым метром она падает примерно на один градус: на расстоянии 5-7 метров от поверхности земли температура земли может колебаться в минимальных пределах — От +5 до +8°.
Если говорить о способах «добычи» тепла, то их есть два — горизонтальный и вертикальный.
Горизонтальный коллектор
Этот коллектор — труба, расположенная параллельно поверхности земли. Глубину для нее рассчитывают отдельно для каждого конкретного участка. В одних случаях ее закладывают на глубине 1-1,2 м, либо ниже уровня промерзания грунта (1,5-1,7 м), в других — еще глубже — на 2-3 м. Последний вариант дает возможность обеспечить большую стабильность температуры. Иногда для максимальной эффективности системы устраивают двойной коллектор — двухслойный.
Трубы для коллектора используют разные: их диаметр может быть 25, 30, 32 либо 40 мм. Возможная форма коллектора — зигзаг, змейка, петли, спирали. Минимальное расстояние между соседними трубами 600 мм, чаще оно составляет 800-1000 мм. Удельный теплосъем полностью зависит от характеристик грунта:
- сухой песок — 10 Вт/м, такая же глина — 20 Вт/м;
- глина средней влажности — 25 Вт/м;
- глина, в которой содержится много воды, — 35 Вт/м.
Чтобы было понятно, какие площади должен занимать такой коллектор, лучше привести самый показательный пример, для участка с влажной глиной. В этом «тяжелом российском случае» для отопления дома в 100 м2 потребуется конструкция, имеющая площадь 400 м2. Мало кто может позволить такие масштабные работы. К тому же на этом участке не должно быть никаких построек.
В трубы коллектора закачивают специальную жидкость — антифриз, который еще называют «рассолом». Например, раствор пропиленгликоля или этиленгликоля (30%). Антифриз забирает у грунта тепло, затем следует к тепловому насосу, где отдает его хладагенту. Затем «охладевший» раствор снова возвращается под землю.
Вертикальный зонд
Эта конструкция серьезно экономит площадь участка, зато глубина его значительна. Есть два варианта — одна U-образная труба или их система. В первом случае ее заглубляют на 80-100 м, затем заливают бетонным раствором. Во втором несколько конструкций соединяют и закапывают на глубину «всего» 20 м.
Так как бурение на большую глубину требует «дозволения» властей, обещает расставание с большой суммой, то чаще используют несколько труб-зондов, расположенных не так глубоко. Расстояние между ними — 5-7 м. В этом случае удельный теплосъем с коллектора-зонда зависит от породы:
- сухие осадочные породы — 20 Вт/м;
- каменистая почва — 50 Вт/м;
- осадочные породы, насыщенные водой — 50 Вт/м;
- каменистая почва с высоким уровнем теплопроводности — 70 Вт/м;
- грунтовые подземные воды — 80 Вт/м.
Достоинства вертикальных зондов — меньшая площадь, максимальный теплосъем и стабильная температура, а значит, большая эффективность за счет глубины, которая является минусом, так как требует больших трат на обустройство вертикального коллектора.
Плюсы воздушных насосов
- Низкая стоимость. Невысокая по сравнению с остальными типами тепловых насосов стоимость обусловлена простотой конструкции.
- Легкость установки. Монтаж такого устройства не потребует проведения сложных работ.
- Высокая производительность и коэффициент полезного действия (КПД).
Как выбрать тепловой насос?
Если тепловые насосы кажутся владельцам дома перспективными системами, то оценивать любую модель надо по нескольким критериям. К ним относятся:
- размеры отапливаемого дома;
- климатические условия в местности;
- наличие рядом с доступных источников;
- желание потратить на оборудование ту или иную сумму.
Каждый пункт этого небольшого списка влияет на выбор класса модели. Большой дом требует максимально мощного оборудования, а оно означает как серьезные расходы, так и трудозатраты. Вид источника напрямую влияет на качество будущего отопления. Регионы с холодным климатом значительно ограничивают список кандидатов, а иногда вовсе не позволяют обустройство такого экологичного оборудования. Платежеспособность, возможность сразу расстаться с большой суммой — самый главный «ограничитель» для тепловых насосов на российских просторах.
Преимущества
- для монтажных компаний, которые имеют опыт работы с установкой кондиционеров, достаточно простой монтаж
- нет риска заморозки системы
- в здании устанавливается только один небольшой блок, который не требует большого пространства в помещении
- основной блок находится за пределами помещения
Геотермальное отопление: как это работает
Для швейцарцев, отопительные системы зданий на основе геотермальных теплонасосных установок, являются такой же обыденной вещью как для нас холодильники. Правила работы этого устройства схожи с кондиционером реверсного типа. Это означает, что тепловой насос способен не только отапливать помещение, но и давать холод в жаркие дни.
Главное отличие устройства от систем кондиционирования — адаптация изделия для эксплуатации при отрицательных температурах. Если кондиционер при минусе за окном существенно снижает производительность тепла, вплоть до остановки, то геотермальный насос продолжает с должным эффектом выполнять свои функции в любой обстановке. Даже в самые сильные морозы отопление тепловым насосом высокоэффективно обеспечивает комфортный уровень температуры внутри всех помещений.
Расчет мощности установки
Мощность ТН зависит от многих факторов. В список входит предполагаемый объем теплоотдачи системам дома, площадь поверхности змеевиков в конденсаторе и испарителе, объем хладагента. По этим причинам целесообразнее доверить расчет мощности специальным программам, которые учитывают и другие данные.
Самый популярный вариант — использование онлайн сервисов-калькуляторов. В них требуется ввести такие параметры:
- для расчета объема — общую площадь здания, высоту потолков;
- регион, где построен дом — для определения среднегодовой температуры;
- степень утепления объекта — для определения производительности установки.
Для расчета используются коэффициенты: в них преобразуют два последних параметра. Затем их умножают на объем помещения. Полученный результат сравнивают с таблицей, в которой мощность насоса связана с объектом.
Обычно получаются такие значения:
- чтобы отопить дом, имеющий площадь 100-150 м2, необходим тепловой насос мощностью 5-8 кВт, а для подогрева воды потребуется запас по мощности — 12-16 кВт;
- для отопления здания площадью 350 м2 понадобится прибор, который сможет обеспечить 28 кВт.
Понятно, что цифры все же получаются приблизительными, однако ориентироваться на них можно.
Недостатки
- необходимость наличия дополнительного места в котельном помещении
- самые большие капитальные вложения сравнительно с другими типами тепловых насосов
Актуализация и популярность тепловых насосов типа воздух-вода способствует появлению на рынке большого количества компаний, которые предлагают свое оборудование. При этом ощущается влияние различных производителей тепловых насосов для обогрева Вашего дома с разными преимуществами и недостатками. Далее Мы рассмотрим тепловые насосы от производителей
Panasonic
и
Hewalex
.
Обзор тепловых насосов для центрального отопления от производителей «Panasonic» (Япония) и «Hewalex» (Польша)
Гибридная схема подключения теплового насоса Hewalex
Горячее водоснабжение (CWU) подогревается в нагревателе (PDG / CWU) с помощью теплового насоса или отопительного котла. Работа
циркуляционного насоса ГВС (P / CWU)
контролируется с помощью автоматики теплового насоса. В комплект поставки теплового насоса PCCO SPLIT идет система дистанционного управления через интернет – Hewalex EKONTROL.