Тепловой насос

Тепловой насос.

Расчет и монтаж теплового насоса.

При планировании монтажа отопления и горячего водоснабжения в частном доме возникает множество трудностей. Начинать нужно с выбора типа и характеристик отопительного оборудования. Если рядом с домом находится газопровод, то выбор очевиден, достаточно только оформить необходимые документы на подведение газа к дому, и с отоплением дома не будет проблем. Однако далеко не все населенные пункты имеют подведенный газопровод и газ можно купить только в баллонах.

Тепловые насосы, используемые для обогрева помещений, бывают трех типов и различаются между собой видом источника тепла:

Грунт-вода. Тепловой насос такого типа извлекает тепло из грунта с помощью коллекторов или зондов. Теплоноситель транспортирует тепловую энергию к тепловому насосу, а оттуда она направляется в систему отопления. В том случае если в вашем распоряжении участок большой площади, коллекторы нужно устанавливать горизонтально, ниже уровня промерзания грунта. Для участков небольшой площади, лучше воспользоваться зондами.

Воздух-вода. Такое устройство помогает извлекать тепловую энергию из окружающей среды при помощи вентиляторов и испарителя.

Вода-вода. Тепловую энергию извлекают из грунтовых вод или из водоема расположенного рядом. Поступая в тепловой насос, тепловая энергия поглощается, а охлажденный теплоноситель снова направляется через поглощающую скважину.

Принцип работы теплового насоса.

Геотермальное отопление состоит из теплового насоса, устройства забора воды и устройства распределения тепла. Внутренний контур теплового насоса включает в себя компрессор, который питается от электрической сети, испарителя, дроссельного клапана и конденсатора.

Принцип работы теплового насоса основан на понятии «цикл Карно»:

• В коллектор теплового насоса подается теплоноситель (вода со спиртом, соляной раствор или гликолевая смесь), поглощающий тепловую энергию и транспортирующий ее к насосу.
• В испарителе тепловая энергия переходит к хладагенту (веществу с низкой температурой кипения) нагревая и превращая его в пар.
• Увеличивая давление хладагента с помощью компрессора, повышается его температура.
• Тепловая энергия передается теплоносителю, находящемуся в системе отопления через конденсатор, а хладагент дополнительно охлаждается и отдает оставшееся в нем тепло, после чего переходит в жидкое состояние и возвращается в коллектор.
• Процесс повторяется не однократно по тем же принципам.

Проще говоря, тепловой насос работает по тому же принципу, что и холодильник, только наоборот. Разница только в том, что в холодильнике тепло, отдаваемое продуктами питания, нагревает хладагент, циркулирующий по трубопроводам, и выводится на заднюю стенку, а в тепловом насосе тепло, которое холодильник отдает на заднюю стенку, используется для обогрева помещений.

Тепловой насос потребляет электрическую энергию на доставку теплоносителя из геотермальной скважины в разы меньше, чем теплоноситель потом отдает тепловой энергии в систему отопления. Потребляя 1кВ электрической энергии, тепловой насос способен отдавать 5-8 кВт тепловой энергии.

Расходы и окупаемость.

Бурение скважин для геотермального отопления стоит довольно дорого, а на приобретение и монтаж всего оборудования для системы геотермального отопления придется потратить больше денег, чем на обычный газовый котел аналогичной мощности. В виду вышеуказанных причин может возникнуть справедливый вопрос нужно ли так тратиться. Если учесть, что для отопления дома в 100м2, затраты на монтаж геотермального отопления окупятся за 1,5-2 года, что позволит в последствии экономить довольно ощутимые денежные средства.

Кроме всего прочего, тепловой насос может работать как кондиционер, и в жару охлаждать помещение, передавая тепловую энергию из дома хладагенту и выводить через теплообменник наружу.

Расчет оборудования.

Расчет мощности теплового насоса производится с учетом уровня тепловых потерь дома в целом. Поэтому в целях снижения уровня тепловых потерь, целесообразнее стены, крышу, пола и окон дома утеплить.

В старых домах с повышенной тепловой проводимостью потребность в тепловой энергии для нормального отопления дома может составлять 75 Вт/м2, для хорошо утепленных домов с современной теплоизоляцией потребность в тепловой энергии для отопления может составлять в пределах 50 Вт/м2, а для низкоэнергетических зданий, построенных с применением специальных технологий и вовсе около 30 Вт/м2.

Лучше всего, когда применение геотермального отопления закладывается в проект на начальной стадии строительства дома. Такой подход позволит предусмотреть в доме наиболее пригодную для теплового насоса систему отопления.

Лучший вариант для системы геотермального отопления является водяной теплый пол. При расчете мощности такого пола необходимо обязательно учитывать тип напольного покрытия. Керамическая плитка идеально подойдет для напольного покрытия теплого пола, в свою очередь ковровые покрытия, ламинат или паркет требуют на 5-8 градусов более высокой температуры, из-за своей низкой теплопроводности.

Экологичность и безопасность.

Тепловой насос, принцип работы которого не предусматривает выброса в атмосферу таких вредных соединений, как CO, СO2, SO2, PbO2, NOх, прекрасно подойдет для тех кто заботится об экологической безопасности своего дома.

Ну а в плане противопожарной безопасности при исправной электрической проводке, возможность пожара исключается. При использовании котлов на жидком, твердом или газообразном топливе, может запросто произойти и пожар, и даже взрыв. Система геотермального отопления сконструирована таким образом, что нагрев конструкций до температуры достаточной для возгорания невозможен.

Тепловой насос своими руками.

Стоимость оборудования для геотермального отопления даже без учета его монтажа очень высока, и далеко не у каждого человека найдутся такие средства, даже если можно сэкономить значительные суммы в будущем. Тепловой насос, возможно, сконструировать своими руками из уже имеющихся деталей или купить запчасти.

Перед началом установки теплового насоса необходимо убедиться в исправности электропроводки и электросчетчика. Счетчик должен быть мощностью не менее 40А.

• На первоначальном этапе нужно позаботиться о покупке компрессора. В специализированных компаниях или в обычной мастерской по ремонту холодильного оборудования можно купить компрессор от кондиционера, который прикрепить к стене при помощи кронштейна.
• Для изготовления конденсатора понадобится емкость из нержавеющей стали объемом 100-120 литров. Разрезав пополам емкость, устанавливаем внутрь змеевик, изготовленный из медной трубки от холодильника или обычной сантехнической медной трубы небольшого диаметра. Толщина стенок трубки должна быть не менее 1мм, в противном случае ее хрупкость впоследствии доставит много проблем.
• Чтобы змеевик получился правильной формы, нужно медную трубку намотать на газовый или кислородный баллон, придерживаясь одинакового расстояния между витками. Чтобы трубку зафиксировать, можно использовать обычный алюминиевый уголок, какие используются в строительстве для выравнивания углов стен, и примотать его к змеевику так, чтобы каждый виток находился напротив отверстия в уголке. Это поможет удержать одинаковый шаг витков и повысит прочность конструкции в целом.
• Когда змеевик установлен, можно сваривать между собой половинки емкости, предварительно вварив резьбовые соединения.
• В качестве испарителя можно использовать обычную емкость из пластмассы, объемом 60-80 литров, в которую вмонтирован змеевик из трубы диаметром 3/4 дюйма. Доставка и слив воды будет производиться через обычные водопроводные трубы. Испаритель закрепляется на стене.
• После того как все подготовлено, нужно пригласить специалиста по холодильному оборудованию, который сварит все трубки между собой, герметизирует конструкцию и закачает фреон.

Самостоятельно без специального оснащения и навыков работы с холодильным оборудованием, не стоит выполнить последний этап работы своими силами. Это может повлечь за собой серьезные последствия и привести не только к выходу конструкции из строя, но и к травмам.

Порядок монтажа.

Когда основная часть системы готова, ее нужно присоединить к устройствам забора и распределения тепловой энергии. С подключением теплового насоса к устройству забора нужно будет потратить много сил, справиться самостоятельно с такой задачей под силу далеко не каждому.

В зависимости от типа теплового насоса, процесс подключения устройства забора тепловой энергии будет различным.

Вертикальный тепловой насос типа «грунт-вода».

Нужно провести бурение скважины, глубиной от 50 до 150 метров и опустить в нее геотермальный зонд, после чего подключить зонд к тепловому насосу.

Горизонтальный насос типа «грунт-вода».

Образуем коллектор системой труб, расположенных горизонтально ниже уровня промерзания. Глубина расположения коллектора, зависит от климатической зоны и составляет, около 1-1,5м. Слой почвы снять не так сложно при помощи специальной техники или вручную потратив много сил, уложить коллектор и засыпать его землей.

Менее трудозатратным способом может стать прокладка отдельных труб коллектора в траншеях. Для такого способа закладки коллектора не нужно снимать весть грунт, а достаточно вырыть несколько траншей, глубина которых будет не превышать глубину промерзания.

Насос типа «Вода-вода».

Коллектор для теплового насоса собирается на поверхности из ПНД-труб, заполняется теплоносителем и только потом помещается в воду. Для правильной установки коллектора в водоеме, необходимо весь коллектор целиком поместить в воду и только потом переместить его в отведенное место и на требуемую глубину.

Насос типа «Воздух-вода».

Тепловой насос данного типа извлекает тепловую энергию из воздуха, а его монтаж не потребует бурения скважин и масштабных земляных работ. Выбрав место расположения коллектора недалеко от дома или на его крыше, нужно соединить его с системой отопления дома.

Бивалентная схема отопления.

Использование бивалентной схемы отопления позволяет экономить на этапе изготовления и монтажа насоса. Расчет мощности теплового насоса производится исходя из минимальной температуры, а критически низкие температуры бывают очень короткое время, поэтому, основное время тепловой насос будет частично использовать свой потенциал.

Чтобы получить возможность установки мене мощного теплового насоса параллельно подключают дополнительный источник тепла. В таком случае в сильные морозы, можно включать дополнительный источник тепла. С учетом того, что очень холодных дней в году бывает не так много, то периодическое подключение дополнительного источника тепла не сильно повысит стоимость отопления дома, при этом значительно можно снизить затраты на монтаж теплового насоса.