Тепловой насос для отопления дома. Принцип работы насосов

загрузка...

Как устроен тепловой насосТепловой насос — это такой агрегат, который передаёт тепловую энергию от низкотемпературного источника к теплоносителю с высокой температурой. По характеру передачи энергии и работы агрегат аналогичен обыкновенному компрессорному холодильнику. Только обратного действия, потому что такой аппарат производит тепло, а не холод. Для этого он использует постоянную плюсовую температуру грунтовых вод и земли для отопления дома.

Оглавление:

История изобретения теплового насоса


В 1852 году Уильям Томсон, выдающийся английский инженер-физик, разработал идею-теорию теплового насоса. Петер Риттер фон Риттингер, инженер из Австрии, детализировал разработку англичанина и усовершенствовал. А в 1855 году спроектировал и собрал первый в мире такой агрегат. Но применять на практике их стали почти через сто лет.

В начале сороковых годов двадцатого столетия изобретатель-экспериментатор Роберт Вебер задумал улучшить теплообменный процесс холодильного агрегата. Для этого он поместил конденсатор холодильника в ванну с холодной водой. Вода быстро нагревалась, и требовалось ее постоянно менять.

Принцип работы компрессорного холодильника такой. Горячий хладагент компрессор подаёт в конденсатор. Там при высоком давлении хладагент изменяет своё агрегатное состояние, то есть газ превращается в жидкость и отдаёт своё тепло в окружающую среду. Дальше агент поступает в испаритель, где резко падает давление. Хладагент имеет свойство закипать при низком давлении. В испарителе при вскипании хладагент отбирает тепло из воздуха. Затем пары хладагента всасываются компрессором и сжимаются. Далее компрессор опят подает его в конденсатор. Циркулирующий хладагент отбирает тепло от морозильника через испаритель и отдает его в окружающую среду через конденсатор.

Особенности теплового насосаВебер решил использовать получаемую таким образом горячую воду. Вместо ванны, конденсатор холодильника поместил в закрытую ёмкость. Смонтировал систему водоснабжения и водоотведения. Так он обеспечил свой дом постоянной горячей водой. В дальнейшем, после определённой доработки, приспособил получаемую горячую воду для отопления помещений.

По прошествии некоторого времени, Роберт придумал устройство для получения тепла из земли. Обосновал принцип работы геотермального теплового насоса. Там, в глубине, температура всегда положительная. Он смонтировал в грунте змеевики из медных труб, а конденсатор вывел в дом. Фреон забирал тепло Земли и отдавал его в помещении. При этом он получил большую экономию на угле. Но угольную печь на всякий случай оставил.

Таким вот образом изобретатель доказал на практике эффективность теплового насосного устройства. А реальная необходимость в таком насосе возникла только через тридцать лет, когда в семидесятых годах двадцатого века разразился нефтяной кризис. Эта установка не требует котла с топочным узлом. Её нужно только подключить к источнику электроэнергии. Электричество необходимо только для работы компрессора.

Величина коэффициента преобразования теплонасоса зависит во многом от уровня температур в испарителе и конденсаторе. Уровень температуры производства тепла посредством тепловых насосов варьируется от тридцати пяти градусов до пятидесяти пяти. Такая температура даёт возможность использовать почти любую систему теплоснабжения. Инженеры посчитали, что экономия энергоресурсов может достигать семидесяти процентов.

Принципиальное устройство насоса теплового




Насос имеет всего только три основных компонента:

  • Насос тепловой с компрессором.
  • Теплособирающий контур.
  • Отопительная система с теплообменником.

В этой системе всё зависит от компрессорного насоса, состоящего из шести узлов:

  • Конструкция теплового насосаТерморегулятор.
  • Капилляр.
  • Конденсатор.
  • Хладагент.
  • Испаритель.
  • И сам компрессор.

Остальные два компонента агрегата это трубы с хладагентом и радиатором.

Типы тепловых насосов

Мировая промышленность выпускает большой ассортимент насосов мощностью от 5 кВт до 1000 кВт. Основной их парк составляют насосные установки парокомпрессионного типа. Ещё есть электрохимические, абсорбционные и термоэлектрические. Отличаются они только принципом работы.

Компрессионные теплонасосы работают от электроэнергии, а абсорбционные насосы могут также в качестве источника энергии использовать тепло (с помощью электрообогрева или топливного обогрева). А компрессионные, в свою очередь, делятся на насосы с линейным компрессором и насосы с инверторным компрессором. В настоящее время все тепловые насосы комплектуются инверторным компрессором, так как, не выключаясь, поддерживает заранее заданную температуру.

В зависимости от того, откуда происходит отбор тепла, насосы тепловые компрессионные подразделяются на такие виды, как:

  • Установка теплового насосаГеотермальные (используется тепло земли, грунтовых или наземных вод).
  • Воздушные (тепло отбирается из атмосферы). Источником является низкопотенциальная тепловая энергия окружающего воздух. Но также источником может служить не только обязательно наружный воздух, но и вытяжной воздух из вентиляционной системы зданий.
  • Насосы, которые применяют вторичное тепло из трубопровода пароводяного отопления. Такой вариант считается наиболее приемлемым для промышленных предприятий, где множество источников паразитного тепла.

Тепловые насосы геотермальные — это системы отопления, и охлаждения, где используется тепло земли. Земля в геотермальных тепловых системах выступает радиатором охлаждения летом и источником тепла зимой. Температура грунта употребляется для снижения расходов на систему обогрева и охлаждения. Насосы тепловые геотермальные используют такое явление, как тепловая инерция: температура грунта на глубине ниже шести метров примерно равняется среднегодовой температуре воздуха и слабо подвержена колебаниям.

Геотермальные насосы бывают следующих типов:

  • Замкнутого типа: насосы с непосредственным теплообменом, вертикальные, горизонтальные, водные.
  • Открытого типа. Эта система применяет в качестве хладагента воду. Вода циркулирует по системе геотермального насоса теплового в рамках открытого цикла, то есть вода из системы отопления опять возвращается в землю.

Как работает тепловой насосУ горизонтальных геотермальных насосов коллектор укладывается кольцами в траншеях, вырытых на глубину ниже промерзания грунта. Такой вид получения тепла считается наиболее эффективным в плане экономии. Применяется для отопления жилых домов, где позволяет площадь земельного участка для устройства контура.

В вертикальных геотермальных насосах коллектор сооружается в вертикальной скважине глубиной до 200 метров. Этот способ применяется, когда мала площадь участка земли. В водных геотермальных насосах коллектор размещается кольцами ниже глубины промерзания в реках, прудах и озерах. Такой метод самый недорогой способ передачи тепла.

В отличие от предыдущих типов, в насосах с непосредственным теплообменом, хладагент подаётся по медным трубам, расположенным:

  • В вертикальных скважинах глубиной 30 метров и диаметром 8 сантиметров.
  • В скважинах, пробуренных под углом глубиной 15 метров и диаметром 8 сантиметров.
  • В траншее горизонтально ниже промерзания земли.

Медные трубки обладают высокой теплопроводностью. Поэтому циркуляция фреона и его теплообмен обеспечивает большую эффективность геотермальной системы отопления помещений. Кроме этого, использование этой технологии позволяет бурить скважины меньшей глубины, что положительно сказывается на цену установки DX Direct Exchange Heatpump.

Типы моделей промышленного изготовления

По тому, какой вид теплоносителя используется в выходном и входном контурах, насосы делятся на восемь типов:

  1. Виды теплового насоса для частного дома«Вода — грунт»;
  2. «Вода — вода»;
  3. «Вода — воздух»;
  4. «Воздух — грунт»;
  5. «Воздух — вода»;
  6. «Воздух — воздух»;
  7. «Вода — фреон»:
  8. «Воздух — фреон».

Насосы геотермальные тепловые могут использовать тепло выходящего из дома воздуха, при этом ещё и греть поступающий туда воздух — рекуператоры. Рекуператор — это теплообменник, который использует теплоту отходящих тёплых газов. В таком теплообменнике обменный процесс происходит непрерывно.

Воздушный тепловой насос, используемый для отопления дома

Выбор эффективного источника энергии для насоса теплового воздушного находится в сильнейшей зависимости от регионального климата. Это в большей мере относится к агрегатам, использующим наружный воздух. По сути, это есть кондиционер. Системы «воздух — вода» и «воздух — воздух» используются и в зимний период при условии, если температура не опускается ниже минуса двадцати пяти градусов. Если мороз усилился, то надо ставить дополнительный обогреватель дома.

Тепло, получаемое от горных пород

Разновидности теплового насосаДля отбора тепла от скальной породы требуется бурить глубокие скважины. От ста до двухсот метров. Или же делать несколько скважин покороче. Туда помещают U-образный контур из пластиковых труб. Контур заполняют 30-процентным раствором спирта. Грунтовая вода естественным путём заполняет скважину и служит проводником тепла к теплоносителю от камня. Если глубина скважины мала, то вода может замёрзнуть. Подсчитано, что на один метр скважины ориентировочно приходится 50 — 60 Вт тепловой мощности. Отталкиваясь от этого показателя, рассчитывается требуемая глубина скважины.

Нет смысла бурить скважину глубже двухсот метров. Дешевле обойдется обустроить несколько скважин меньшей глубины отстоящих друг от друга на расстоянии порядка 15 — 20 метров.

Использование тепла грунта

Температура земли на глубине нескольких метров всегда постоянна. Это делает тепловой насос по транспортировке тепла из грунта независимым от погоды и самым эффективным отопителем.

По данным статистики, в 2006 году в Швеции было полмиллиона таких насосов, в Финляндии пятьдесят тысяч, в Норвегии более семидесяти тысяч.

Когда используют для отопления дома тепло грунта, то трубопровод с антифризом закапывают в землю на пятьдесят и более сантиметров ниже точки замерзания земли. Производители насосов рекомендуют укладывать трубы не ближе чем полтора метра друг от друга. При работе по монтажу данных тепловых насосов, не требуется бурение скважин. Но работы производятся на большой площади участка земли. Желательно чтобы участок был с влажной почвой.

Теплоснабжение от природного водоёма

В этом случае контур теплосборника укладывают на дно водоёма. Глубина водоёма должна быть более двух метров. Тогда уложенные на дно спирали труб не замёрзнут. По эффективности такой агрегат равен агрегату, отапливающему дом от грунта.

Насосный аппарат тепловой самодельный

Для обогрева дома с небольшой площадью, такой агрегат можно смонтировать самостоятельно. Из готовых заводских изделий необходимо купить компрессор и конденсатор. Монтируют его аналогично кондиционеру. Для проведения расчётов и пайки трубок нужен специалист. А остальное можно сделать своими силами.

Плюсы и минусы при использовании тепловых насосов для отопления дома

Отзывы о тепловых насосовВ первую очередь к преимуществам отнести следует его экономичность. В таком доме пожарная безопасность находится на высоком уровне, так как нет источников открытого огня. Вся система работает по замкнутым контурам и не требует больших затрат на эксплуатацию. Только стоимость электричества, нужной для работы аппаратуры.

Также большими достоинствами описываемых устройств является то, что они могут работать в двух режимах. Их можно переключать с режима отопления на режим охлаждения. Системой управляет автоматика, которая не требует специального, каждодневного обслуживания. Поэтому такой метод обогрева незаменим для загородного дома. Аппарат промышленного изготовления компактен, не больше бытового холодильника.

Неоспоримым доказательством достоинств этих агрегатов является то, что практически вся Япония использует тепловые насосы. А у нас в России, в Ялте, некоторые санатории, например, санаторий «Дружба», отапливаются с помощью таких устройств. Теплоисточником служит море, а сама насосная не только отапливает дома, но и даёт горячую воду, подогревает бассейн и охлаждает помещения в жаркий период.

Общий недостаток геотермальных аппаратов это потребность в больших затратах на устройство контуров, дороговизна работ. А воздушный тепловой насос для отопления дома страдает низким коэффициентом эффективности. Надо иметь дома запасной источник тепла.

Нет комментариев

Добавить комментарий

Спасибо! Ваш комментарий появится после проверки.
загрузка...
Adblock detector