Стоит ли применять тепловой насос для обогрева дома

Сооружение теплового насоса воздух-вода

Система теплового насоса состоит из четырех основных элементов:

  • наружного блока;
  • емкости теплообменника-испарителя;
  • блока для компрессора;
  • накопительной емкости (конденсатора).

Для создания внешнего блока понадобится:

Корпус. Традиционно подходит блок из-под сплит-системы, стиральной машины, другой габаритной техники, иногда сооружают самостоятельно путем приваривания металлических элементов

Важно после сборки обработать металл антикоррозийной краской порошкового типа.

Вентилятор. Изделие можно позаимствовать из старой рабочей системы кондиционирования или приобрести отдельно.

Модель вентилятора должна обладать широкими пластиковыми лопастями и, желательно, с отсоединяемым мотором, чтобы предоставилась возможность подключить его к датчику.

Для сборки наружного блока понадобиться корпус и вентилятор из-под системы кондиционирования. Примерные параметры блока – 75х85х30 см

В наружный блок можно установить испаритель и вспомогательные элементы для его работы, но целесообразнее эти детали поместить в отдельный корпус.

Устанавливают наружный блок на расстоянии 2-10 м от дома

Важно построить под него фундамент и поставить навес, чтобы защитить конструкцию от осадков. Также необходимо закрепить решетку перед вентилятором, чтобы избежать попадания грязи, мусора, листьев в лопасти вентилятора и трубы

Дополнительно желательно установить обогреватели, защищающие боковины и панели от обледенения. В этом случае дополнительное прогревание корпуса не понадобится. Место для установки блока должно быть хорошо вентилируемым, находиться в отдалении от источников открытого огня.

Длина высчитывается индивидуально с учетом требуемой мощности. Для устройства 5 кВт можно взять 10 м. В испарителе будет происходить нагрев и циркуляция фреона, а также контакт с воздухом.

Для создания теплообменника нужно сконструировать змеевик. Для этого проволоку обматывают вокруг толстостенной трубы с диаметром, не превышающим ширину бака

Важно оставить срезы, выступающие за высоту корпуса. Они понадобятся для соединения змеевика с другими элементами системы – компрессором и накопительным баком

Для создания змеевика медную трубку со стенками около 1 мм обматывают вокруг газового баллона, трубы или наполненной водой пластиковой бутылки

Рекомендуется дополнительно установить на испаритель реле оттаивания, поскольку в баке будет происходить циркуляция воздуха, температура которого отрицательная. В этом случае конденсат, скапливающийся в системе, может привести к обледенению испарителя. Также, чтобы исключить образования влаги, можно внедрить в систему фильтр-осушитель.

Для установки компрессора потребуется отдельный корпус со звуко- и виброизоляцией, поскольку практически все модификации устройства шумят во время работы. Компрессор можно взять б/у из-под холодильника, кондиционера или приобрести новую модель.

Для тепловых насосов подойдут следующие виды компрессоров:

  1. Роторные компрессоры являются самыми недорогими, но обладают рядом недостатков – шумят, обладают малой эффективностью и служат 8-10 лет.
  2. Спиральные модификации устанавливают во все современные модели кондиционеров, холодильников. Они долговечны (15-20 лет), бесшумные, эффективные, но отличаются высокой стоимостью.
  3. Поршневые модели преимущественно устанавливают на промышленные холодильники. Изделия обладают хорошим КПД, долговечные (15-20 лет), но крайне шумные и дорогие.

Для теплового насоса необходимо подобрать компрессор однофазной модификации

Перед покупкой важно узнать, с каким видом фреона работает устройство. Желательно приобрести модель, работающую на R22, лучше на R422

С хладагентом данного вида работать проще, чем с любым другим видом фреона.

Для изготовления конденсатора понадобиться корпус из-под 100-литрового бойлера или любой другой нержавеющий бак такого же объема. Также необходим змеевик, выполненный из медной трубки. На насос мощностью 5 кВт можно взять 12-метровую проволоку. По трубке змеевика будет проходить горячий фреон, благодаря чему происходит нагревание воды.

Тепловой насос воздух-воздух

Тепловой насос воздух-воздух — самое простое, универсальное и эффективное оборудование, предназначенное для обогрева помещений – промышленных или жилых.

Принцип работы насосного оборудования основан на использовании потенциала воздуха в атмосфере и на отоплении помещений.

Работа теплонасоса воздух-воздух  во многом напоминает работу кондиционера, правда, функционирующего в обратную сторону. Так, насосное оборудование отбирает тепло у более холодного воздуха, после чего направляет его в системы для обогрева помещений.

Принцип работы основан на способности хладагента, входящего в структуру теплового насосного оборудования, снижать температуру воздуха при расширении. Значение этой температуры становится ниже значений температуры окружающей среды, что и приводит к выбросу и отбору тепловой энергии.

Последующее сжатие направлено на резкое повышение температуры хладагента, благодаря чему и создаются подходящие условия для передачи отобранной тепловой энергии теплоносителю.

Естественно, что циклы охлаждения температуры, забора тепловой энергии и ее передаче теплоносителю постоянно повторяются, что и обеспечивает регулярный и эффективный обогрев помещений.

Список преимуществ тепловых насосов, работающих по принципу воздух-воздух сводится к ряду параметров:

— Универсальность. Такие системы в холодное время года могут использоваться для обогрева помещений, в теплое время года – для кондиционирования воздуха и вне зависимости от времени года – для обеспечения горячего водоснабжения;

— Простота монтажа. Для установки систем не нужно бурить скважины, прокладывать трубы, укладывать теплообменное оборудование на дно водоема. Процедура монтажа оборудования не сложнее установки обычного кондиционера.

— Высокая теплоотдача.

В своих отзывах о тепловом насосе воздух-воздух покупатели говорят о высокой производительности и достаточно высокой эффективности оборудования.  Нередко упоминается и многофункциональность устройств, которые позволяют заменить не только отопительные установки для обогрева помещения, но и колонки, и другие приспособления, предназначенные для обеспечения горячего водоснабжения.

В настоящее время современные тепловые насосы достаточно дорогие, особенно для нашего отечественного потребителя. Однако, стоит отметить, что с учетом существенной экономии энергии окупаются они быстро, всего за несколько лет

Но если взять во внимание  постоянное подорожание энергоресурсов, то тепловой насос может стать наилучшим вкладом в будущее

Почему тепловой насос?

длительным сроком работы

Все виды энергоносителей с каждым сроком дорожают, поэтому рачительные хозяева готовы установить дорогостоящее оборудование, которое окупится за счет работы без использования искусственного топлива. Приобретение жидкого, газообразного или твердого топлива не требуется для эффективной работы теплового насоса.

В частных домах большой площади применение теплового насоса совместно с резервным способом отопления позволяет окупить вложенные затраты на шестом году эксплуатации. При этом на 1 кВт затраченной электроэнергии выделяется около 6 кВт тепловой. Тепловой насос позволяет получить температуру воды в системе до 70ºС.

В доме с установленным тепловым насосом не придется пользоваться услугами кондиционера, так как в летний период по контуру циркулирует теплоноситель, который охлаждается в земле до температуры 6ºС. По стоимости это дешевле, чем использование отдельных систем охлаждения воздуха. Чтобы сделать работу насоса еще более эффективной, к нему подключают дополнительные ветки обогрева бассейна, а летом используется энергия из солнечных батарей.

Тепловой насос в действии

Под твердой корой и мантией планеты находится раскаленное ядро. Еще долгие годы, на протяжении жизни многих поколений землян, ядро не изменит своей температуры, и будет подогревать наш общий дом изнутри. В зависимости от климатических условий на глубине уже около 50– 60 м температура земли находится в пределах 10–14ºС. Даже в вечной мерзлоте пользование тепловым насосом возможно, только глубину заложения труб придется увеличить.

Как это работает

Оборудование предназначается для сбора низкой температуры окружающей среды на глубине, преобразования ее в высокотемпературную энергию и переноса в систему отопления дома. Планета постоянно выделяет тепло, которое используется для обогрева жилища. Тепло получают из окружающего воздуха и воды, которые аккумулируют солнечную энергию.

По сути, тепловой насос представляет собой агрегат, напоминающий работу холодильного оборудования. Только у холодильника испаритель расположен так, что сбрасывает ненужное тепло, а у теплового насоса он находится в постоянном контакте с источником природного тепла:

  • с применением вертикальных или косых скважин взаимодействует с массивом земли, расположенным ниже точки замерзания;
  • применение труб на глубине теплых озерах и реках позволяет собрать энергию незамерзающих водяных потоков;
  • специальные приспособления собирают температуру теплого воздуха снаружи жилища.

Движение топливного носителя по системе организуется при помощи компрессора. Для повышения температуры, собранной на глубине земли применяется система зауженных воронок. Проходя по ним под давлением, носитель сжимается и увеличивает температуру. Конденсатор, установленный в системе отдает энергию для нагревания жидкости в отопительной системе, которая в итоге поступает в радиаторы внутреннего контура отопления дома.

Для использования теплового насоса круглый год система снабжается двумя теплообменниками. Испаритель одного сбрасывает охлаждающую энергию, а второй работает поставщиком тепла для нагрева помещения. Источником для сбора тепла являются недра земли, дно незамерзающих водоемов или воздушные массы, у которого трубы большой протяженности заимствуют низкотемпературную энергию.

Конструктивная схема насоса частного дома

  • система труб наружного, иногда удаленного сбора, в которых постоянно движется носитель тепла;
  • рабочая система коллектора, включающая в себя компрессор, трубы, теплообменники, клапаны и воронки различного действия;
  • внутренняя отопительная система дома с трубами и радиаторами или система воздушного охлаждения.

Эксплуатационный срок, в течение которого не будут происходить поломки топливного оборудования, производители и монтажники насосов называют в 20 лет. Но такое утверждение маловероятно, так как законы физики никто не отменял, а постоянно трущиеся и двигающиеся части выйдут из строя раньше. Оптимальным сроком работы без ремонта и замены деталей можно обозначить цифру в 10 лет.

Расчет необходимой мощности теплового насоса

Перед покупкой системы важно предварительно составить проект и вычислить необходимую мощность оборудования. Производительность высчитывается с учетом фактических потребностей в тепловой энергии

Берутся во внимание расходы тепла, теплопотери дома и наличие или отсутствие контура ГВС

Алгоритм расчета:

  1. Вычисляем общую площадь отапливаемых помещений.
  2. Определяемся с необходимым количеством энергии для отопления. Оптимальный показатель на 1 квадратный метр – 0,07 кВт.
  3. Чтобы протопить дом на N квадратных метров, понадобиться N*0,07 кВт.
  4. Для ГВС к полученному числу добавляют дополнительно 15-20%, то есть N*0,07*0,85 или N*0,07*0,80.

Это расчет будет оптимальным для помещений с потолками, не превышающими высоту 2,7 м. Более точные вычисления сделают специалисты во время составления проекта.

Универсальность и комфорт

Кроме высокой эффективности работы системы отопления тепловые насосы обеспечивают дом необходимым количеством горячей воды (даже если нужно приготовить горячую воду для бассейна). И ещё тепловые насосы максимально экономно делают то, что газовые и твердотопливные котлы не способны: обеспечивают дом прохладою в жаркое время года.

То есть тепловые насосы максимально эффективно выполняют следующие функции:

  1. Обогревают дом.
  2. Обеспечивают жильцов горячей водой.
  3. В жаркое время года охлаждают помещения дома.

Отопление дома тепловым насосом рекомендуется реализовывать с помощью низкотемпературной системы отопления (тёплый пол/тёплые стены). Охлаждение дома можно реализовать через систему фанкойлов, но предпочтительнее делать это через систему холодных стен.

Система тёплых стен для отопления зимой и охлаждения летом.

В такой системе для отопления используют пол и стены, для охлаждения только стены. Оптимальной температурой на поверхности пола/стен принято считать +22-25°С (для отопления).

Кондиционирование помещений можно реализовать пассивным способом: когда вообще не задействуется компрессор теплового насоса, а используются только циркуляционные насосы для перекачивания теплоносителя из грунта в дом (даже летом температура грунта под землёй в диапазоне +10-14°С). Теплоноситель подается в систему тёплых стен, тем самым охлаждая температуру в доме до комфортных +18-22°С.

На видео выше представлен пример реализации системы отопления и кондиционирование с использование тёплых полов/стен, которую устанавливала команда компании Элементум на одном из объектов в Киевской области.

Следует также сказать, что использование теплового насоса в комбинации с низкотемпературной системой отопления наиболее комфортно для проживающих в доме. Не нужно беспокоиться о пожаробезопасности, не нужно подкидывать дрова, воздух в доме не пересушивается а все помещения прогреваются равномерно с точностью до градуса. Охлаждение с помощью холодных стен — наиболее комфортный и эффективный способ кондиционирования помещений.

Управлять температурой в доме можно с помощью смартфона, который подключается к тепловому насосу по интернету. Это очень удобно и практично. Кроме того для каждой отдельной комнаты можно задать свой температурный режим.

На что смотреть при обустройстве такого отопления?

Существует большое количество различных модификаций тепловых насосов, предназначенных для помещений любого назначения и размера, а также работающих в разных условиях. Оборудование предназначено для отапливания домов общей площадью 50 до 150 квадратных метров.

Ориентир №1 – жесткость воды

Качество воды скважины или водоема играет важную роль при выборе оборудования. Не все модели способны работать на жесткой воде, содержащей большое количество марганца и железа.

Высокая концентрация этих элементов вредит системе – на трубах быстрее образовывается коррозия, что ведет к уменьшению КПД оборудования и сроков его эксплуатации.

Поэтому перед покупкой теплового насоса берут пробу воды и делают ее анализ на наличие этих и других микроэлементов – сероводорода, аммиака, хлора и т.д. Обычно если в пруду температура превышает +13 градусов, то с большей долей вероятности в воде много ионов железа и марганца.

Таким образом, тепловой насос вода-вода подбирается с учетом жесткости воды. Есть системы, элементы которой максимально защищены от коррозии, но стоят они дороже.

Ориентир №2 – режим работы

Тепловой насос может использоваться в качестве единственного источника тепла или взаимодействовать с другими системами

Поэтому перед выбором модели важно определить, в каком режиме устройство будет работать

  • Моновалентный. Приборы обладают большой мощностью, подходят для отапливания дома.
  • Бивалентный. Менее производительные устройства, дополняют основное обогревательное оборудование.

Для сооружения автономной системы с основным нагревательным агрегатом вода-вода, нужен моновалентный тип.

Ориентир №3 – мощность насоса

Мощность – важный показатель при выборе теплового насоса, так как от него зависит производительность системы. Чем выше мощность, тем выше КПД оборудования, но и расход электроэнергии больший.


Производительность теплового насоса вода-вода подбирается, исходя из реальных потребностей

При выборе устройства с недостаточной мощностью эффективность системы упадет в случае, если теплопотери дома превысят количество отдаваемой системой энергии. Тепловой насос может работать круглосуточно, но эффекта от него не будет из-за понижения температуры воды.

Когда теплопотери постройки ниже, чем теплоотдача системы, то насос обычно автоматически запускается на несколько минут, нагревает воду до установленной температуры, транспортирует ее по системе. После чего выключается до момента, когда температура понизится на несколько градусов. Затем цикл повторяется.

Ориентир №4 – функцинал конкретной модели

Тепловые насосы могут обладать дополнительными функциями, это:

  • Система автоматического управления, которая позволит регулировать микроклимат помещения по вкусу. Управление обычно осуществляется с помощью дистанционного пульта.
  • Функция нагрева воды для горячего водоснабжения.
  • Шумоизоляционный корпус.
  • Возможность подключения к другим системам отопления, солнечным коллекторам, что сделает оборудование для обогрева полностью автономным.

Длительность эксплуатации тепловых насосов вода-вода обычно превышает 30 лет.

Не менее важным при выборе оборудования считают стоимость установки и монтажа.

Правила монтажа и рекомендации

Теплонасосы воздух-вода устанавливаются в любом месте придомовой территории. Существуют общие правила относительно монтажа:

  • Расстояние до жилого дома от 2 до 20 м.
  • Минимальное расстояние до котельной, с которой агрегат соединяется несколькими трубами и электрическими кабелями.
  • В котельной располагают накопительную емкость, устанавливают циркуляционное оборудование.
  • Создается незначительный уровень шума при работе. Тем не менее, если планируется установить моноблок для внутреннего монтажа, для него стоит выделить отдельное звукоизолированное помещение.
  • Наружный блок выглядит как корпус кондиционера. Внизу расположены ножки для установки, а также настенные крепления.

В системе большинства моделей предусмотрена функция предотвращение замерзания. Поэтому, наружный блок не нуждается в утеплении.

Выгода использования тепловых насосов отопления воздух-вода, стала особенно очевидной, после появления СОР. Под этим термином скрывается коэффициент, сравнивающий необходимые затраты на электроэнергию, при отоплении тепловым насосом типа воздух-вода. На практике это означает следующее:

  • Для работы ТН требуется электричество. Напряжение нужно компрессору, нагоняющему давление в систему. СОР указывает, какое количество тепла было получено, благодаря потреблению электроэнергии в сутки.
  • Если СОР равен 3, значит, насос вырабатывает 3 кВт тепловой энергии на каждый кВт затраченного электричества.

Все, казалось бы, просто, если бы, не одно, но! Существует температурная зависимость насоса воздух-вода. При снижении температуры, теплоотдача существенно падает. Эффективность работы зимой снижается. Именно по этой причине, отзывы реальных владельцев о тепловых насосах системы воздух-вода с средней полосы России вразрез отличаются от тех же комментариев жителей северных широт.

Перед решением о покупке, стоит прочитать несколько отзывов, показывающих преимущества и недостатки тепловых насосов, а также возможности и сферу применения оборудования.

Установить оборудование можно своими руками (так получится дешевле), но прежде, чем приступать к монтажу, нужно понимать, что работа эта непростая. Всегда можно сломать ту или иную деталь вплоть до вывода из строя целой системы. При установочных работах следует придерживаться следующих правил и рекомендаций:

  • в зависимости от конструкции внешний блок может монтироваться по-разному: на стене, на крыше, в котельной, возле объекта (на расстоянии от 2 до 20 м);
  • при установке на улице должны быть устроены металлический фундамент и навес для защиты от дождя и снега;
  • при возможности воздушный тепловой насос лучше соединить с «теплым полом»: такая комбинация наиболее прагматична;
  • котельная в случае ее использовании должна быть минимально отдалена от дома (предприятия): среди оборудования системы должны быть циркуляционные насосы и накопительная емкость;
  • тепловой агрегат и контур отопления соединяются гибкими шлангами: благодаря такой фиксации исключаются вибрации, исходящие от силовых блоков.

Приведенные рекомендации помогут, но не спасут при непредвиденных ситуациях. Поэтому лучше не рискуйте, и обращайтесь к нам – профессионалам из компании Geopumps.

Рассмотрим виды тепловых насосов для отопления

В зависимости от способа извлечения тепла из окружающей среды такие устройства можно разделить на следующие виды:

  • Тепловой насос «воздух – воздух» для отопления дома использует тепловой потенциал, извлеченный из окружающего пространства. Это не самый лучший вариант, поскольку именно в отопительный сезон, когда за окном царят отрицательные температуры, их перепад достигает значительной разницы. А она компенсируется затратами дополнительной энергии. Это значительно снижает эффективность воздушного теплового насоса для отопления дома.
  • Более эффективными схемами отбора тепла из окружающего пространства являются водяные установки. Как известно, температура воды у дна любого водоема не опускается ниже 4 градусов по Цельсию, поскольку при этой температуре вода имеет наибольшую плотность. Это не распространяется на водоемы промерзающие до дна.

Следовательно, и температура теплоносителя внутри такой системы будет иметь положительную температуру, а разность температуры наружного воздуха и теплоносителя может составлять, например до 20 градусов, если на улице мороз в 16 градусов.

Тепловой насос «вода – вода» для отопления дома заметно более эффективен предыдущего вида устройства. Правда, далеко не все жители загородных домов имеют в доступной близости подходящий водоем.

Теплонасосы, устроенные по принципу «земля – вода» более удобны в устройстве и более эффективны. Для их устройства трубы зонда погружаются в землю на определенную глубину, превышающую уровень промерзания грунта. Эта величина для Подмосковья составляет 1,8 метра, что требует значительных земляных работ.

Если размеры участка для загородного дома не позволяет производить обширных земляных работ, можно воспользоваться способом использования геотермального тепла. Для этого нужно пробурить скважину и установить в нее трубы теплообменника.

Это занимает немного времени и сил, а при определенной оснащенности может быть выполнено своими силами. Следует учитывать, что эффективность геотермальных теплообменников напрямую зависит от глубины скважины.

Нельзя сказать, что устройство отопления тепловым насосом частного дома не является альтернативой для использования других тепловых приборов. Скорее всего, эту систему можно рассматривать как вспомогательную. Кроме того, при длительном отсутствии хозяев, тепловой насос может работать в автономном режиме.

Описанные здесь тепловые устройства характеризуются рядом положительных и отрицательных сторон. К положительным относят следующие моменты:

  1. Низкие эксплуатационные расходы. Один киловатт затрат позволяет получить до семи киловатт тепловой энергии.
  2. Высокая безопасность процесса – нет необходимости в дымоходах и прочих подобных коммуникациях.
  3. Отсутствие необходимости в текущем обслуживании в виде постоянной подгрузки топлива, утилизации продуктов горения.
  4. Экологичность. Тепловые насосы не выделяю в атмосферу, каких либо веществ.
  5. Многофункциональность прибора, позволяющая обогревать помещение зимой и охлаждать его летом.
  6. Агрегаты, работающие по схеме «воздух – воздух» и малозаглубленной системы «земля – воздух» не требуют получения специального разрешения для установки.

Вместе с тем, имеется и ряд :

  1. Значительные затраты на реализацию и длительный срок окупаемости устройства. Затраты на реализацию насоса примерно вдвое выше, чем при установке печи.
  2. Невозможность эксплуатации в условиях отсутствия электроэнергии. Это побуждает к приобретению бензинового генератора, что, опять же, связано с дополнительными затратами.
  3. Необходимость получать специальное разрешение на устройство геотермальной установки с бурением скважины.

Совершенствование тепловых насосов повышает их спрос и предопределяет растущую популярность такого вида отопительных систем.

Ссылка на основную публикацию