Как рассчитать расходы на отопление загородного дома?

Расчеты производятся на основе таких параметров:

Первый параметр – расходы на эксплуатацию. Для определения этих расходов стоит учитывать стоимость топлива, которое будет использоваться с целью получения тепла. В этот пункт также входят расходы на обслуживание. Наиболее выгодным по этому параметру будет отопление, энергоносителем которого будет подведенный магистральный газ. Следующим по эффективности стоит ТЕПЛОВОЙ НАСОС.

Вторым параметром можно выделить затраты на закупку оборудования и его установку. Наиболее выгодным и экономичным на этапе закупки и установки будет приобретение электрического котла. Максимальные затраты ожидают, если вы решитесь на приобретение котлов, где энергоносителями являются сжиженный газ в газгольдерах или дизельное топливо. Здесь тоже оптимальным является ТЕПЛОВОЙ НАСОС.

Третьим параметром стоит считать удобство при использовании отопительного оборудования. Твердотопливные котлы в данном случае можно отметить как самые требовательные к вниманию. Они требуют вашего присутствия и догрузки топлива, в то время как электрические и работающие от подведенного магистрального газа работают самостоятельно. Потому газовые и электрические котлы самые комфортные в использовании при отоплении загородных домов. И тут ТЕПЛОВОЙ НАСОС имеет преимущество. Климат контроль -вот самые комфортные характеристики тепловых насосов.

На сегодняшний день в московской области сложилась следующая ценовая ситуация... Подключение газа к частным домам стоит около 600тыс рублей. Также требуется проектные работы и соответствующие согласования, которые порой растягиваются на годы и тоже стоят денег. Прибавьте сюда стоимость оборудования и сравнительно небольшой срок его износа (из-за чего газовики и предлагают более мощные газовые котлы, чтобы износ -выгорание котла происходил подольше). Отопление же на тепловых насосах уже сопоставимо с вышеназванной ценой, но не требует никаких согласований. Тепловой насос -это обычный электрический бытовой прибор, который расходует в 4 раза меньше электричества, чем обычный электрический котел и к тому же является также устройством климат контроля, т.е кондиционером. Моторесурс современных тепловых насосов, а тем более качественных (премиум класс), позволяет им работать более 20 лет.

Приведем примеры расчета тепловых насосов для различных типов и размеров домов.

Для начала необходимо определиться с теплопотерями Вашего строения в зависимости от региона расположения. Читайте далее в "Полная новость"

Прежде всего, необходимо определиться с мощностью теплового насоса или котла, так как это одна из решающих технических характеристик. Она выбирается исходя из величины теплопотерь здания. Расчет теплового баланса дома, учитывающий особенности его конструкции должен производиться специалистом, однако для приблизительной оценки этого параметра, если домостроение спроектировано с учетом строительных нормативов, можно воспользоваться следующей формулой:
Q = k V ΔT
1 кВт/ч = 860 ккал/ч
Где
Q - теплопотери, (ккал/ч)
V - объем помещения (длинна × ширина × высота), м3;
ΔT - максимальный перепад между температурой воздуха с наружи и внутри помещения в зимнее время, °С;
k - обобщенный коэффициент теплопередачи здания;
k = 3…4 - здание из досок;
k = 2…3 - стенки из кирпича в один слой;
k min-max = 1…2 - стандартная кладка (кирпич в два слоя);

k = 0,6…1 - хорошо утепленное здание;

Пример расчета мощности газового котла для Вашего дома:

Для здания объемом V = 10м × 10м × 3м = 300 м3;

Теплопотери кирпичного здания (k max= 2) составят:
Q = 2 ×300 × 50 = 30000 ккал/час = 30000 / 860 = 35 кВт
Это и будет необходимая минимальная мощность котла, рассчитанная по максимуму...

Обычно выбирается 1,5 кратный запас мощности, однако, следует учитывать такие факторы, как постоянно работающая вентиляция помещения, открытые форточки и двери, большая площадь остекления и т.д. Если планируется использовать двухконтурный котел (обогрев помещения и подача горячей воды), то его мощность должна быть еще увеличена на 10 - 40%. Добавка зависит от величины расхода горячей воды.

Пример расчета мощности теплового насоса для Вашего дома:

При ΔT = (Твн - Тнар) = 20 - (-30) = 50°С;
Теплопотери кирпичного здания (k min= 1) составят:
Q = 1 ×300 × 50 = 15000 ккал/час = 30000 / 860 = 17 кВт
Это и будет необходимая минимальная мощность котла, рассчитанная по минимуму, так как в тепловом насосе нет выгорания и ресурс зависит от его моторесурса и циклования в течении дня...Чтобы уменьшить количество циклов включения/выключения теплового насоса применяют баки теплоаккумуляторы.

Так вот: Вам надо, чтобы тепловой насос тактовал 3-5 раз за час.
т.е. 17 кВт /ы час -3 такта

Понадобиться буфферная ёмкость - 3 такта - 30 л/кВт; 5 тактов - 20 л/кВт.

17 кВт*30л=500л аккумулирующая ёмкость!!! Расчеты примерные, вот здесь большой аккумулятор это хорошо, но на практике ставят 200 литров.

Теперь рассчитаем стоимость теплового насоса и его монтажа для Вашего дома:

Объемом здания тот-же V = 10м × 10м × 3м = 300 м3;
Примерная мощность нами рассчитана -17кВт. У разных производителей различная линейка мощностей, поэтому подберите тепловой насос по качеству и стоимость вместе с нашими консультантами. Например у Waterkotte это тепловой насос 18кВт, а можно поставить и 15кВт, так как при недостаточности мощности есть пиковый доводчик на 6кВт в каждом тепловом насосе. Пиковый догрев происходит сравнительно не долго и поэтому переплачивать за тепловой насос нет необходимости. Следовательно можете выбрать и 15 кВт, так как краткосрочно 15+6=21кВт - это выше Ваших потребностей в тепле.

Остановимся на 18кВт. Стоимость теплового насоса уточняйте у консультантов, так как сегодня условия доставки "мягко говоря" не предсказуемы. Поэтому на сайте представлен заводской .

Если Вы находитесь в южных регионах, то теплопотери Вашего дома исходя из вышеперечисленных расчетов будут меньше, так как ΔT = (Твн - Тнар) = 20 - (-10) = 30°С. а то и ΔT = (Твн - Тнар) = 20 - (-0) = 20°С. Тепловой насос можете выбрать меньшей мощности и к тому же по принципу работы "воздух-вода". Наши воздушные тепловые насосы работают эффективно до -25 градусов и соответственно не потребуются буровые работы.

В средней же полосе России и в Сибири гораздо эффективнее геотермальные тепловые насосы, работающие по принципу "вода-вода".

Буровые работы для геотермального поля будут стоить по разному, в зависимости от региона. В московской области расчет стоимости следующий:

Берем мощность нашего теплового насоса -18кВт. Электрическое потребление такого геотермального теплового насоса примерно 18/4=4,5 кВт/час из розетки. У Waterkotte и того меньше (эта характеристика называется СОР. У тепловых насосов Waterkotte COP равен 5 и более). По закону сохранения мощности электрическая мощность передается в систему, преобразуясь в тепловую.. Недостающую мощность мы получаем из геотермального источника, т.е из зондов, которые необходимо пробурить. 18-4,5 = 13,5кВт из Земли например (так как источником в этом случае может быть и горизонтальный коллектор, и пруд и т.д).

Теплоотдача грунтов в различных местах, даже в московской области -различная. В среднем от 30 до 60Вт на 1 м.п., в зависимости от влажности грунта.

13,5кВт или 13500Вт делим на теплоотдачу. в среднем это 50Вт поэтому 13500/50=270 метров. Буровые работы стоят в среднем 1200руб/м.п. Получаем 270*1200=324000руб. под ключ с вводом в теплопункт.

Стоимость теплового насосы эконом класса =6-7тыс долларов. т.е. 180-200тыс рублей

Стоимость ВСЕГО 324тыс+180тыс=504тыс рублей

Прибавьте стоимость монтажа и стоимость теплоаакумулятора и получите немного более 600тыс рублей, что сопоставимо со стоимость подвода магистрального газа. Что и требовалось доказать.

С учетом того, что тепловой насос - оборудование, требующее достаточно серьезных затрат на приобретение и монтаж, к вопросу его выбора следует относиться особенно тщательно. Первое, что необходимо сделать потенциальному покупателю - это произвести хотя бы приблизительный расчет мощности оборудования, которое подойдет для эффективной работы в конкретных условиях. Конечно, можно обратиться к специалистам, чтобы составить проект теплового насоса, но для того, чтобы оценить примерные затраты, можно некоторые первоначальные расчеты сделать самостоятельно.

Тепловой насос, проектирование которого - достаточно сложное мероприятие, выбирают в зависимости от площади дома, степени его утепленности, средних температурных значений в холодное время года. Кроме расчета необходимой мощности, полный проект предполагает определение параметров земляного коллектора для геотермального насоса, расчет количества и диаметра труб для скважины в случае системы вода-вода. Правильный расчет теплового насоса предполагает учет множества факторов: от характеристик грунта на участке до материала, из которого построен дом.

Разработка системы отопления на основе теплового насоса

Если вас серьезно заинтересовал такой прогрессивный способ отопления дома, как тепловые насосы, то лучше всего предпочесть услуги специалистов с профильным образованием и большим опытом работы с подобным оборудованием. Все потому, что правильная разработка теплового насоса и всей системы отопления для дома позволит на долгие годы забыть о проблемах с теплом, наслаждаясь стабильной эффективной работой оборудования.

Прежде всего, стоит определиться с источником тепла, которое будет преобразовываться в энергию для теплоносителя в системе отопления. От того, будет ли это почва, вода или воздух, зависит как производство тепловых насосов (а точнее, технология изготовления), так и производительность, и цена самого оборудования и работ по установке. Одной из самых эффективных систем считается вода-вода, но для нее требуется наличие водоема рядом с домом или достаточного количества грунтовых вод на участке.

Стоит учитывать, что тепловой насос больше используется для низкотемпературных источников тепла, идеально сочетание с системой «теплый пол», но возможно и комбинирование с традиционными генераторами. Выбирая тепловые насосы, тепловой расчет их проводится так, чтобы учесть, способен ли он самостоятельно обогревать помещение даже в самые большие холода или в системе необходимо предусмотреть дополнительный источник тепла, например, электрический котел. Термодинамический расчет учитывает минимальные значения температур, которые могут достигаться зимой.

Также необходимо учитывать необходимость в горячем водоснабжении дома, если такая функциональная возможность требуется, то в необходимую мощность закладываются дополнительные 20%.

Пример расчета теплового насоса

Итак, мы имеем двухэтажное здание площадью в 250 кв.м. с высотой потолков 2,7 м. Предположим, что температура в помещении равна +20°С, а на улице -26°С. Далее делаем расчет мощности теплового насоса для отопления дома:

0,434*250*2,7*(20-(-26)) = 13475,7кВт - максимальная необходимая мощность на отопление в соответствии с СП 50.13330-2012

Больших потерь такой расчет не предполагает. Потери в данном случае могут быть даже меньше, чем 13475,7кВт.

Более точный тепловой расчет может быть сделан индивидуально. В нем будут учитываться все материалы стен, окон, потолков и т.п.

Расчет контура теплового насоса, который пойдет для отопления и для охлаждения помещения, более сложный и проводится специалистами.

Тепловая мощность теплового насоса воздух-вода (ТН), иначе – количество извлекаемого из окружающей среды возобновляемого тепла, прямо пропорционально температуре наружного воздуха. Чем холоднее воздух, тем затратнее извлечение из него тепла. Коэффициент преобразования COP меняется в зависимости от температур внешней среды: чем ниже температура «за бортом», тем больше энергии потребляет воздушный тепловой насос.

Определение мощности и выбор теплового насоса – дело достаточно сложное. Обычно реальные цифры и диаграммы производительности поставляются заводами – производителями тепловых насосов, как и специальное программное обеспечение для расчета и подбора оборудования. Здесь вводятся данные для конкретного объекта, расположенного в конкретном температурном регионе.

Тепловой насос: тепловая мощность для обогрева и ГВС

Разберем, от каких факторов зависит мощность ТН и, соответственно, стоимость блоков ТН, а также эффективность его работы.

Радиаторы или теплые полы

Система отопления с тепловым насосом обычно реализуется на базе радиаторной разводки и/или системы с теплыми полами, стенами или с системой фанкойлов. При этом температура нагрева теплоносителя отличается от 35-45 °C – для теплых полов, до 65-75 °C и выше – для системы радиаторов, что сказывается на величине мощности ТН. Чем ниже температура теплоносителя в системе отопления, тем меньше расход электроэнергии, меньше тепловая мощность, дешевле оборудование. Для модернизации систем отопления с радиаторами при замене затратных газовых котлов могут устанавливаться высокотемпературные воздушные теплонасосы с нагревом теплоносителя до 80 °C. Например – тепловые насосы Hitachi YUTAKI S 80. Даже при условии нагрева теплоносителя до 65 и выше градусов, такая система в несколько раз экономнее газового котла.

Схема реализации: только ТН, ТН + резервный котел

ТН. Если работает только тепловой насос, он должен полностью решать задачи по теплоснабжению и нагреву воды, в пиковые моменты подключая встроенный электрический нагреватель.

ТН+котел. Если ранее установлен газовый или пеллетный котел, он может взять на себя часть пиковых нагрузок и уменьшить общие энергозатраты теплового насоса.

Существуют различные схемы работы ТН, подбираемые для каждого объекта индивидуально: моноэнергетическая (только на электричестве), моновалентная (ТН+ТЭН) или бивалентная (ТН+котел). Оптимальная температура, экономически выгодная для перехода на резервный источник тепла, называется «точкой бивалентности». Для г. Киева и региона – это -7 °C.

Теплоизоляция здания

Подбирая тепловой насос для отопления дома, следует знать, что для более утепленного дома потребуется в разы меньше тепла, чем для строения без проведения работ по термомодернизации. Значения теплопотерь (удельных тепловых нагрузок) для различных типов зданий приведены в таблице.

Отсюда видно, что для возмещения теплопотерь помещения в 100 м2 в хорошо утепленном доме потребуется:

Q Н = 50 Вт/м2 х 100 м2 = 5000 Вт или 5 кВт тепловой мощности.

Расчетные значения теплопотерь приводятся исходя из расчетной минимальной температуры, к примеру, для Киевского региона это -22 °C.

Соответственно, для плохо утепленного дома получим:

Q Н = 200 Вт/м2 х 100 м2 = 20 000 Вт или 20 кВт тепловой мощности.

Такая разница: 5 кВт и 20 кВт, заставляет предпринять шаги для проведения термомодернизации (утепления) здания, а после этого выбрать более доступный по цене и экономный по затратам тепловой насос.

Тепловые насосы для отопления и нагрева воды (ГВС)

При выборе теплового насоса для частного дома обычно учитывают и работу ТН на нагрев воды для кухни, ванной или душевых. При этом учитывают суточное распределение нагрузок. Чаще пользуются горячей водой вечером или утром, а в зимнее время к этим нагрузкам присоединяется и работа ТН на отопление. Обычно у теплонасосных систем более приоритетными являются задачи горячего водоснабжения, а потом отопления, расчет ведут исходя из суммарных тепловых нагрузок: на отопление и ГВС.

Для определения тепловой мощности ТН для нагрева воды для бытовых нужд пользуются нормативными данными по потреблению воды определенной температуры и суммарному теплопотреблению, исходя из количества людей, проживающих в доме.

Для одного человека примем норму в 50 литров воды с температурой 45 °C, что соответствует норме потребления 0,25 кВт тепловой мощности.

Получаем, что для семьи из четырех человек, проживающих в частном доме 100 м2, необходима тепловая мощность:

Q W = 0,25 кВт/чел * 4 чел. = 1,0 кВт

Теперь можно провести усредненный расчет тепловой мощности с учетом суммарных нагрузок на нагрев теплоносителя для системы отопления и нагрев воды для бытовых нужд.

Суммарная тепловая мощность на обогрев и ГВС для качественно утепленного дома:

Q СУМ = Q Н + Q W = 5 кВт+ 1 кВт = 6 кВт.

Суммарная тепловая мощность для системы отопления и ГВС для плохо утепленного дома:

Q СУМ = Q Н + Q W = 20 кВт+ 1 кВт = 21 кВт.

А для условий «точки бивалентности», когда на улице -7 °C, и необходимо поддержать +20 °C внутри дома 100 м2, потребуется с учетом разницы температур:

Q расч.. = 6 * (20-(-7))/(20-(-22)) = 6 * 27 / 42 = 3,86 кВт тепла от теплового насоса.

И во втором примере, — для здания без теплоизоляции, необходимо:

Q расч.. = 21 * (20-(-7))/(20-(-22)) = 21 * 27 / 42 = 13,5 кВт тепла от теплового насоса.

Исходя из этих данных, с учетом температуры «точки бивалентности» и с запасом по мощности, из модельного ряда выбирают близкое большее значение тепловой мощности теплового насоса.

Что учитывает запас по мощности?

• Перепады температуры входящей воды. Всем известно, что водопроводная вода зимой намного холоднее и перепад температур входящей / выходящей из ТН воды зимой больше.
• Необходимость догрева воды до нужной температуры в баке – накопителе, если она из него долго не используется.
• Увеличенный расход горячей воды и ее нагрев до более высокой температуры зимой.

По таблицам, предлагаемым производителем, исходя из температуры воды на выходе и температуры воздуха снаружи, по мощности подбирается комплект внутреннего блока и соответствующего ему наружного блока теплового насоса. Пример – таблица технических данных для высокоэффективных тепловых насосов воздух-вода серии Hitachi Yutaki S. Для полученных расчетных данных подойдет модель с производительностью по теплу около 5,0 кВт.

Отчего зависит стоимость теплового насоса?

Чем мощнее тепловой насос, тем выше его цена.
Как снизить стоимость теплового насоса?

• Правильно и квалифицированно выполнить расчеты и подбор оборудования.
• Утеплить здание.
• Минимизировать теплопотери через окна и вентиляцию.
• Установить низкотемпературные теплые полы или фанкойлы или смешанную систему (радиаторы + теплые полы, фанкойлы + теплые полы).
• Применить бивалентную схему ТН + котел для снижения нагрузки на ТН.
• Принять участие в программе IQ energy и сэкономить до 35 % стоимости оборудования и монтажа.

Более точный подбор теплового насоса, чтобы избежать лишних затрат или убытков, лучше доверить профессионалам.

Чтобы правильно подобрать тепловой насос, цены на который и на услуги монтажа были бы разумными и оправданными, обращайтесь к компетентным опытным специалистам компании АКЛИМА. Мы имеем огромный опыт внедрения современных теплонасосных систем и предлагаем качественные услуги по монтажу и сервису такого оборудования по всей Украине.

Многие владельцы частных домов принимают решение о создании в своем жилище автономной системы отопления. Выполняя работы по её созданию, им приходится сталкиваться с целым рядом затруднений. Уже в самом начале они вынуждены решать вопрос, какой энергоноситель использовать в системе.

Если рядом с участком проходит магистральный газопровод, то в этом случае выбор очевиден. Чтобы провести газ в дом, достаточно подать документы на газификацию, и через некоторое время специалисты подключат жилище к природному газу. Однако в нашей стране, несмотря на высокие темпы газификации областей и районов, немало людей не имеют возможности провести газ в свой частный дом. Поэтому им приходится пользоваться газом в баллонах.

Что же делать в такой ситуации? Использовать для обогрева обычную печь, работающую на дровах и угле - хлопотное занятие. А если установить оборудование, работающее за счет электрической энергии, то это обойдется довольно дорого, хотя в этом случае и будет в меньшем количестве поступать холодный воздух. Однако есть новые решения , которые недавно появились на рынке. Установка оборудования, которое при работе использует альтернативные источники энергии – это возможность обеспечить тепло в жилище при минимальных затратах. В случае с подобным вариантом обогрева тепло получают из земли, воды и воздуха.

Оно дает возможность извлекать тепло из земли, воды и воздуха.

Одно из новых решений, которое доступно на рынке – система отопления, предусматривающая в качестве главного рабочего элемента тепловой насос. Необязательно покупать это оборудование, если вы решили использовать его в составе своей системы отопления. Своими руками вполне возможно изготовить такой насос. Главное - иметь желание.

Система отопления, основанная на тепловом насосе, включается в свой состав кроме этого оборудования еще и устройства для забора и распределение тепла. Если говорить о составе внутреннего контура такого насосного оборудования, то выделим следующие компоненты:

Заметим, что основные принципы работы этого оборудования были разработаны еще два столетия назад и известны как цикл Карно . Работа теплового насоса осуществляется следующим образом:

• В качестве теплоносителя используется незамерзающая жидкость, которая подается в коллектор. Незамерзайка может представлять собой:
  • воду, разведенную со спиртом;
  • соляной раствор;
  • гликолевую смесь.
  • Эти вещества обладают способностью поглощать тепловую энергию и транспортировать ее к насосу.
• Оказавшись в испарителе, тепло направляется к хладагенту. Это вещество отличается низкой температурой кипения. Под воздействием тепловой энергии хладагент вскипает. В результате образуется пар.
• Работающий компрессор поднимает давление пара, из-за чего происходит рост температуры воздуха.
• Передача тепла от воды системе отопления осуществляется через другой элемент - конденсатор. Хладагент с целью выжима дополнительного тепла еще раз охлаждается, превращается в жидкость, а затем отправляется в коллектор.
• Далее этот процесс повторяется по такому же циклу.

Если говорить простыми словами, то тепловой насос представляет собой оборудование, которое работает почти по такому же принципу, что и холодильник, только наоборот. Если взять обычный холодильник, то в нем хладагент, движущийся по контуру, получает тепло от продуктов питания, размещаемых на хранение. В конце цикла он выводит его на заднюю стенку. То же самое тепло используется и в случае с тепловым насосом, только оно применяется для подогрева теплоносителя, благодаря которому обеспечивается нагрев воздуха .

Система отопления на основе теплового насоса, конечно же, потребляет электрическую энергию. Но, заметим, что ее количество, требуемое для работы, неизмеримо меньше, чем для обычного электрического котла. Так, расходуя 1 кВт электрической энергии, котел, нагревающий воду, производит 5 кВт тепловой энергии.

Расходы, которые возникают при приобретении этого оборудования и при работах по монтажу теплового насоса , достаточно высокие. Они больше, чем затраты при установке нагревательного котла, работающего за счет электрической энергии. Здесь у каждого, кто задумался о создании своей автономной системы отопления в доме, может возникнуть вопрос: выгодно ли устраивать такую систему? По этому поводу можно сказать следующее: если система устанавливается в дом площадью 100 квадратных метров, то дополнительные затраты, понесенные на установку оборудования, окупятся в течение 2 лет. Дальше владелец жилища будет только экономить на отоплении.

Система отопления на основе теплового насоса имеет одно важное преимущество: она может не только обогревать помещение, но и охлаждать воздух, то есть, работать как кондиционер. Поэтому в летнее время, чтобы избавиться от ненужного тепла в помещениях дома, можно включить специальный режим работы теплового насоса.

Как выполнить расчет оборудования?

При расчете мощности теплового насоса в первую очередь необходимо ориентироваться на уровень теплопотерь в своем жилище. Естественно, перед тем как устраивать в жилище такую систему отопления, необходимо провести работы по теплоизоляции дома. Утеплить следует не только стены и пол, но и крышу и окна.

Оптимально, если такая система отопления закладывается еще на стадии проектирования здания . Это позволит создать систему отопления, которая обеспечивает наиболее эффективный обогрев помещений строения в зимний период.

Практический опыт показывает, что лучший вариант отопительной системы на основе теплового насоса - водяной теплый пол. При его устройстве во внимание необходимо принимать тип напольного покрытия. Керамическая плитка является идеальным материалом для оформления напольного пола. А вот ковры, ламинат и паркет обладают низкой теплопроводностью, Поэтому при использовании подобной системы температура воды должна быть выше 8 градусов.

Как сделать тепловой насос своими руками?

Достаточно высокой является стоимость теплового насоса, даже если не учитывать оплату услуг специалиста, который будет производить его монтаж. Не все имеют достаточные финансовые возможности , чтобы сразу оплатить установку такого оборудования. В этой связи многие начинают задаваться вопросом, а можно ли сделать тепловой насос своими руками из подручных материалов? Это вполне возможно. К тому же при работах можно использовать не новые, а б/у запчасти.

Итак, если вы решили создать тепловой насос своими руками, то прежде чем приступать к работам, необходимо:

• проверить состояние проводки в вашем доме;
• убедиться в работоспособности электросчетчика и проверить, чтобы мощность этого прибора была не менее 40 ампер.

Первым делом необходимо приобрести компрессор . Купить его можно в специализированных компаниях или обратившись в мастерскую по ремонту холодильного оборудования. Там вы можете приобрести компрессор от кондиционера. Для создания теплового насоса он вполне подойдет. Далее его необходимо закрепить на стене, используя кронштейны L-300.

Теперь можно переходить к следующему этапу - изготовлению конденсатора. Для этого необходимо найти бак из нержавейки для воды объемом до 120 литров. Он разрезается пополам, а внутри него устанавливают змеевик. Изготовить его можно своими руками, используя для этого медную трубку от холодильника. Или же можно создать его из медной трубы небольшого диаметра.

Чтобы не испытывать проблем с изготовлением змеевика, необходимо взять обычный газовый баллон и намотать на него медную проволоку . Во время этой работы необходимо обращать внимание на расстояние между витками, которое должно быть одинаковым. Чтобы трубка была зафиксирована в таком положении, следует воспользоваться алюминиевым уголком с перфорацией, который применяют для защиты углов шпаклевки. Используя витки, трубки следует расположить так, что витки проволоки находились напротив отверстий в уголке. Это позволит обеспечить одинаковый шаг витков, а помимо этого конструкция будет достаточно прочной.

Когда змеевик установлен, две половинки подготовленного бака соединяют при помощи сварки. При этом нужно позаботиться об вваривании резьбовых соединений.

Для создания испарителя можно использовать пластмассовые емкости для воды общим объемом 60 – 80 литров. В неё монтируется змеевик из трубы диаметром ¾ дюйма. Обычные водопроводные трубы можно использовать для доставки и слива воды.

На стене при помощи L-кронштейна нужного размера выполняется закрепление испарителя .

Когда все работы завершены, остается только пригласить специалиста по холодильному оборудованию. Он соберет систему, выполнит сварку медных трубок и закачает фреон.

Монтаж теплового насоса своими руками

Теперь, когда основная часть системы готова, остается выполнить её подсоединение к устройствам забора и распределения тепла. Эта работа может быть выполнена самостоятельно. В этом нет ничего сложного. Процесс установки устройства забора тепла может быть разным и во многом зависит от типа насоса, который будет использоваться в составе системы отопления.

Вертикальный насос типа грунт вода

Здесь тоже потребуются определенные затраты, поскольку при установке такого насоса без использования буровой установки просто не обойтись. Все работы начинаются с создания скважины, глубина которой должна составлять 50-150 метров . Далее опускается геотермальный зонд, после чего выполняется его подключение к насосу.

Горизонтальный насос типа грунт вода

Когда устанавливается такой насос, то необходимо использовать коллектор, образованный системой труб. Его следует расположить ниже уровня промерзания почвы. От климатической зоны во многом зависит точность, глубина размещения коллектора. Сначала убирается слой почвы. Потом укладываются трубы, а далее осуществляется их засыпка землей.

Можно воспользоваться и другим способом - прокладка отдельных труб для воды в заранее выкопанной траншее. Решив воспользоваться им, сначала необходимо вырыть траншеи, у которых глубина должна быть ниже уровня промерзания.

Заключение

Если для вас использование для обогрева жилища электрического котла - дорогое удовольствие, то вы можете сделать выбор в пользу системы отопления на основе теплового насоса. Чтобы сэкономить, можно сделать тепловой насос самостоятельно. Его конструкция проста . Вам лишь нужно выделить немного своего времени на проведение этой работы и приобретение необходимых деталей и компонентов. Сделав его, вы получите систему отопления, которая позволит создать теплую атмосферу с минимальными затратами.

Главная » Отопление и вентиляция на даче.

�?спользование альтернативных источников получения энергии сегодня представляется первоочередной задачей. Превращение энергии ветра, воды и солнца способно существенно снизить уровень загрязнения окружающей среды и сэкономить финансовые средства, необходимые для реализации технологичных способов получения энергии. В этом плане очень перспективным выглядит использованием так называемых теплонасосов. Тепловой насос — это устройство, способное переносить энергию тепла из окружающей среды внутрь помещения. Метод расчета теплового насоса, необходимые формулы и коэффициенты представлены ниже.

�?сточники тепловой энергии

�?сточниками энергии для тепловых насосов могут выступать солнечный свет, тепло воздуха, воды и грунта. В основе процесса лежит физический процесс, благодаря которому некоторые вещества (хладогенты) способны закипать при низких температурах. При таких условиях коэффициент производительности тепловых насосов может достигать 3 и даже 5 единиц. Это означает, что, затратив 100 Вт электроэнергии на работу насоса, можно получить 0,3-0,5 кВт.

Таким образом, геотермальный насос способен полностью отопить дом, однако при условии, что температура уличной среды не будет ниже температуры расчетного уровня. Как рассчитать тепловой насос?

Техника расчета мощности теплового насоса

С этой целью можно использовать специальный онлайн калькулятор расчета теплового насоса либо выполнить расчеты вручную. Прежде, чем определить необходимую для отопления дома мощность насоса вручную, необходимо определить тепловой баланс дома. Вне зависимости от того, для дома какой площади производится расчет (расчет теплового насоса на 300м2 или на 100м2), используется одна и та ж формула:

• R — это тепловые потери/мощность дома (ккал/час);
• V — объем дома (длина*ширина*высота), м3;
• Т — самый высокий перепад между температурами снаружи дома и внутри в холодное время года, С;
• k — это усредненный коэффициент теплопроводности здания: k=3(4) — дом из досок; k=2(3) — дом из однослойного кирпича; k=1(2) — кирпичный дом в два слоя; k=0,6(1) — тщательно утепленное здание.

Типовой расчет теплового насоса предполагает, что для того, чтобы перевести полученные значения из ккал/час в кВт/час, необходимо разделить ее на 860.

Пример расчета мощности насоса

Расчет теплового насоса для отопления дома на конкретном примере. Предположим, что необходимо обогреть здание площадью 100 м.кв.

Чтобы получить его объем (V), необходимо умножить его высоту на длину и ширину:

Чтобы узнать T, необходимо получить разницу температур. Для этого из минимальных внутренних температур вычитаем минимальные наружные:

Теплопотери здания примем равными k=1, тогда тепловые потери дома будут рассчитаны следующим образом:

Программа расчета теплового насоса предполагает, что расход домом тепловой энергии должен быть переведен в кВт. Переводим ккал/час в кВт:

• 12500 ккал/час / 860 = 14,53 кВт.

Таким образом, для отопления дома из двухслойного кирпича площадью 100 м.кв., необходим тепловой насос на 14,5 кВт. Если необходимо произвести расчет теплового насоса на 300м2, то в формулах производится соответствующая подстановка. В данном расчете учтены потребности в теплой воде, необходимой для отопления. Для определения подходящего теплового насоса потребуется таблица расчета теплового насоса, демонстрирующая технические характеристики и производительность той или иной модели.

Тепловые насосы (ТН), позволяющие использовать низкопотенциальное тепло окружающей среды, получили широкое распространение за рубежом. Большинство крупных компаний, производителей и разработчиков теплотехнического оборудования уже присутствуют в этом сегменте рынка. Потребителю, в том числе и российскому, предлагаются серийно выпускаемые аппараты, многократно отработанные решения.

Сдерживающим фактором для их распространения является необходимость относительно больших первоначальных инвестиций. На интернет-форумах активно обсуждается опыт самостоятельного создания отопительных систем с тепловыми насосами, удешевления тех или иных работ и повышения эффективности теплоснабжения.

Мы выбрали отдельные места из этих обсуждений, и попробовали прокомментировать их с позиции профессионального производителя оборудования.

Цена вопроса

Читаем на форуме: Фирмой было предложено поставить ТН и обустроить внешний контур за 1,1 млн руб. Автором самостоятельно приобретены ТН с ГВС производительностью 8 кВт за 93 тыс., пробурены шесть скважин стоимостью 500 руб./м, установлены трубы для теплоносителя, выполнено их соединение с коллектором и ТН.

Общая стоимость работ составила 170 тыс. руб. При средней годовой оплате отопления электричеством 75 тыс. руб. все затраты на ТН должны окупиться за три–четыре года.

Средняя удельная стоимость организации «под ключ» геотермального отопления с ТН в доме площадью 200 м2 составляет порядка 5–7 тыс.

руб./м2. Теплопотребляющая система оказывает решающее влияние на экономичность отопительной установки с ТН и должна обходиться как можно более низкими температурами прямой сетевой воды.

Для отопительных установок с ТН справедливо правило: каждый градус снижения температуры прямой сетевой воды – экономия энергопотребления на 2,5 %. Общие издержки складываются из трех частей: инвестиции, стоимость электроэнергии, побочные расходы. При этом побочными расходами, обычно представляющимися незначительными, пренебрегать не следует: эксплуатационные затраты, трудно прогнозируемые при самостоятельном конструировании системы, могут составить значительную сумму.

Обсудить «Тепловой насос своими руками» на форуме

Технические находки

В качестве основы теплового насоса (ТН) использована обычная сплит-система.

Потребляя электрическую мощность 1,3 кВт, получаем 6,5 кВт тепла. Используемый при этом внешний блок кондиционера на зиму помещают в фанерный утепленный ящик вместе с автомобильным радиатором, к которому подается теплоноситель из грунтового контура.

Летом и в межсезонье стенки ящика открываются.
В другом случае достижения высокой эффективности был применен ТН из двух контуров в каскаде, с двумя компрессорами. Конденсатор выполнен из стальных емкостей, разделенных на два подконденсатора. В первом («горячем»), объемом 3 л, расположены две медные спирали из трубы длиной 10 м.

В «холодный» конденсатор также встроена спираль для принудительного охлаждения компрессоров (рабочая жидкость – тосол). Параметры системы: испаритель – стальной бак (180 л); вода поступает из скважины с температурой 15 °C в объеме 2 м3/ч, сброс ее происходит в другую скважину, находящуюся в 15 м от водозаборной. Общая электрическая мощность, потребляемая всей системой, – 4,2 кВт. Температура хладагента (R22) на входе в «горячий» конденсатор составляет +110 °C, на выходе – +55 °C.

При входе в «холодный» конденсатор – +55 °C, при выходе из него – +40 °C.

Реализация самого принципа ТН и приобретение необходимого при этом оборудования не представляют трудностей. Однако согласование параметров отдельных частей, их увязка в единую установку может быть затруднительна даже для специализированной фирмы.

Ведь речь идет о проектировании и изготовлении технически сложного оборудования. Поэтому удачная (эффективная) работа самостоятельно изготовленного ТН относится больше к области везения, чем точного инженерного расчета: никто не может дать гарантии, что такой аппарат будет хорошо функционировать с пятой, десятой или сотой попытки модернизации.

Первичный контур

Самостоятельное бурение и обустройство глубоких скважин, требующее применения спецтехники, может вызвать немало проблем уже на начальной стадии: «три дня бурили, два дня чинили машину, день разгребали кучи глины, сделали четыре зонда по 25 м.

Стоимость скважин – 650 руб./м».

Выбор и расчет теплового насоса

Для зонда применены трубы из ПНД, рассчитанные на давление 6 бар. Опускаемые в скважину трубы (их может быть две или четыре, в зависимости от диаметра скважины) соединены U-образным наконечником.

При этом в зимних условиях для предотвращения разрушения при монтаже такие трубы были предварительно подогреты в помещении. Можно добиться большей экономии, выполнив наружный контур самостоятельно, но без бурения глубоких скважин.

Варианты его расположения: под домом или снаружи, в земле.

В ТН с вертикальными зондами теплообменная система устанавливается в скважинах глубиной от 20 до 100 м. В среднем двойной U-образный зонд с каждого метра длины дает примерно 55 Вт тепловой мощности.

Точное значение зависит от геологических и гидрогеологических условий, которые, как правило, неизвестны монтажнику отопления. Поэтому проектирование и бурение скважин должно быть поручено опытной и сертифицированной на проведение соответствующих работ компании.

Грунтовые воды в качестве источника тепла обычно подходят для реализации моновалентного режима работы теплового насоса. Из соображений экономичности грунтовые воды для тепловых насосов типа «вода–вода» мощностью до 30 кВт не должны поступать с глубины более 15 м.

Борьба за эффективность

При самостоятельном конструировании отопительной системы с ТН можно повысить ее эффективность, модернизировав отдельные части.

Предлагается, например, отказаться от обычного теплоаккумулятора, заменив его бетонной стяжкой, и избежать нежелательных колебаний температуры на подаче установкой смесительного (демпферного) бака.

Для управления самодельным ТН типа «воздух–вода» используют автоматику обычной сплит-системы.
Рассматриваются также возможности получать дополнительное тепло, экспериментируя с хладагентом, применяя компрессоры с «плавающей» производительностью, электронные терморегулирующие вентили, комбинированные теплообменники, а также за счет установки в цепи испарителя солнечного коллектора, рекуператора вытяжки и тепла сточных вод, кухонного «зонта» и т.п.

Обусловленные конструкцией параметры теплообменника должны обязательно быть согласованы с другими параметрами ТН.

Это расчетные характеристики, самостоятельный экспериментальный подбор которых проблематичен. При этом, оперируя понятиями «не тянет» и «работает, но неэффективно», очень сложно попасть в область оптимальных параметров.
В отопительных системах с ТН, где исчезновение напряжения может быть не обнаружено своевременно, необходимо предусмотреть защиту от замораживания.

А буферный накопитель сетевой воды необходим для увеличения времени выбега теплового насоса при незначительном теплопотреблении. Воздушно-водяным насосам он обязателен для того, чтобы обеспечить минимальный 10-минутный выбег в режиме оттаивания. Эксперименты с хладагентами нежелательны: в лучшем случае не удастся достичь намеченных целей, в худшем, например, при использовании пропана, все может закончиться аварией.

Есть опасения…

При работе грунтового теплового насоса зона земляного контура будет сильно охлаждаться и, в конце концов, на участке получишь маленький «ледниковый период».

Избежать этого можно, закапывая контур глубже, чтобы происходила равномерная компенсация тепла, отданного землей, или достичь мощных подземных водоносных слоев. Не допустить появления «вечной мерзлоты» возможно также путем создания одной или двух расположенных на воздухе петель внешнего контура вдоль забора и соединенных на лето с находящейся в земле частью (для «подзарядки» грунта теплом).

Предлагается и другой вариант расположения скважин – на дороге около участка, а воздушная часть внешнего контура закольцовывается со скважинами.

Действительно, ошибки при определении максимально возможного теплосъема и конструировании внешнего контура приводят не только к неудовлетворительной работе ТН, но могут вызвать сильное и глубокое промерзание грунта.

Так называемая зебра (полосы зеленой травы, чередующиеся с голой, глубоко промерзшей землей) иногда формируется над петлями проложенного с нарушениями необходимых требований горизонтального земляного контура. Температура грунта в метре от поверхности может достигать точки замерзания и без утилизации грунтового тепла, на глубине 2 м минимальная температура составляет примерно 5 °C.

С увеличением глубины она возрастает, однако уменьшается и тепловой поток от поверхности грунта. При этом уже не гарантируется оттаивание земли весной. Минимальная глубина прокладки горизонтального контура должна составлять 1,2, максимальная – 1,5 м.
Самостоятельное конструирование первичного контура или следование аналогам без привязки к конкретным параметрам скважины водоносного горизонта, реки, озера (для ТН «вода–вода»), почвы, может привести к серьезным нарушениям в работе системы теплоснабжения.

Сергеев
Журнал «Аква-Терм» №5 (63), 2011

Как сделать свой тепловой насос собственными руками

Сегодня нет сомнений в том, что тепловой насос для отопления дома является самым эффективным из всех существующих.

Это самый дорогой и сложный инструмент. По этой причине многие отечественные мастера сами решили эту проблему. Но, учитывая его большую сложность, достижение положительных результатов нелегко, это требует энтузиазма, терпения и, кроме того, хорошего изучения теории.

Наша статья предназначена для тех, кто делает первый шаг к внедрению такого альтернативного источника энергии, как тепловой насос, который они сами создали.

Принцип работы устройства и работы

Если вы хотите построить существующую модель теплового насоса, вы не можете обойтись без знания теории или лучше, как это устройство работает. Прежде всего, я хотел бы упомянуть, что выступления на 300, 500 и 1000% — это мифы или только маркетинговый ход, который должен игнорировать обычного пользователя физических законов.

Таким образом, тепловой насос представляет собой устройство, которое использует тепловую энергию в одном месте и перемещает ее в другую с определенной эффективностью, которая не превышает 100%. В отличие от котельных, он не производит тепло само по себе.

Например, бытовые холодильники и системы кондиционирования воздуха, основанные на так называемом цикле Карно, также используют принцип теплового насоса для отопления или горячей воды. Суть этого цикла — движение вещества (рабочей жидкости) вдоль замкнутой системы и изменение агрегатного состояния от жидкого до газообразного и наоборот.

Во время перехода выделяется огромное количество энергии или поглощения.

Для пояснения на более доступном языке мы перечислим основные элементы, которые включают устройство теплового насоса:

• компрессор;
• теплообменник, в котором рабочая среда переходит в газообразное состояние (испаритель);
• теплообменник, в котором рабочая среда конденсирована (конденсатор);
• Расширительный клапан (уменьшение);
• средства контроля и автоматизации;
• медные трубы.

Вещество, которое кипит при низких температурах — фреон — появляется как рабочее вещество.

Он циркулирует через трубу в виде жидкости, сначала поступает в испаритель. После взаимодействия с хладагентом от внешнего источника (воздух, вода, почва) рабочая жидкость испаряется и продолжает движение в виде газа. В этот момент давление в системе низкое.

Весь цикл цикла отражает принципиальную схему теплового насоса:

Когда компрессор опускается, фреон перемещается под давлением ко второму теплообменнику, где он должен конденсироваться и передавать полученное тепло в воду, что восстанавливает текущее состояние.

Кроме того, рабочая жидкость поступает в расширительный клапан, давление снова падает и продолжает путь испарения. Цикл закончен.

Тепловые насосные установки для дома могут производить хладагент с температурой 55-60 ° C, что достаточно для обогрева помещений с радиаторами или теплыми полами.

В то же время вся система отопления использует электроэнергию для этих целей:

• компрессорный адаптер;
• вращение вращающихся контуров внешних и внутренних цепей;
• Средства автоматизации и контроля.

Оказалось, что при потреблении 1 кВт электроэнергии работа теплового насоса может перемещаться извне до 5 кВт тепловой энергии, поэтому эффективность вымысла составляет 500%.

Тепловой насос воздух-воздух

Теоретически, каждая среда с температурой выше абсолютного нуля (минус 273 ° C) имеет тепловую энергию.

Таким образом, его можно извлечь, тем более, что это не сложно сделать при температуре окружающей среды минус 10-30 ° С.

Для этой цели используется воздушный тепловой насос, который отводит тепло от внешней среды и перемещается внутри частного дома.

Это самый доступный способ для цены на оборудование и затраты на установку, он также наименее эффективен. Чем больше морозов на улице, тем меньше тепла вы можете получить. Принцип работы системы показан на рисунке:

Внешний блок теплового насоса воздуха похож на тот же блок разделительной системы, но в нем нет компрессора. Остальная часть представляет собой только плоский теплообменник и вентилятор, задачей которого является увеличение интенсивности процесса путем прокачки большого количества воздуха через пластины.

Водяной / водяной тепловой насос

Более эффективным вариантом является водяной водяной тепловой насос.

Он рисует самое близкое водное тело от тепловой энергии, если оно находится на расстоянии до 100 м от дома.

Вычисление мощности теплового насоса

Другой, более распространенный способ — нагревать грунтовые воды через углубление. На самом деле для углублений требуется 2: один для перекачивания воды, другой для сброса. Ниже приведены диаграммы тепловых насосов, которые работают в соответствии с этим принципом:

Здесь есть несколько оттенков.

Воду из отверстия необходимо очистить, прежде чем нанести на нее теплообменник, а шланги должны быть установлены ниже глубины замерзания почвы. Другое дело — контур дна озера заполнен антифризом (пропиленгликолем), который служит посредником между водой и хладагентом.

Это важно.

Способность обеспечить частный дом тепловой энергией в этом случае зависит от производительности скважины и количества воды в пруду. Существуют также возможности погрузить внешний контур в проточную воду реки или канализационную септик.

Существуют также геотермальные тепловые насосы, принцип работы которых ничем не отличается от предыдущих типов устройств, а только тепло от почвы на глубине, где температура всегда одна и та же — плюс 7 Q.

С этой целью горизонтальный контур трубки, которая занимает большую площадь, зарывается в землю, или геотермальные зонды опускаются в скважины глубиной 25 м. В обоих случаях антифриз используется в качестве хладагента.

Они считают, что работа теплового насоса, который производит тепло от земли, является наиболее стабильной и эффективной. Однако покупка и установка такого оборудования очень дорогостоящая, и местные мастера ремесел редко прибегают к реализации этого варианта.

Как мне построить тепловой насос дома?

Поскольку термодинамический расчет теплового насоса для большинства отечественных мастеров является самозанятым, мы не будем здесь его приводить.

Наша миссия — представить несколько операционных моделей, чтобы любой энтузиаст мог взять один из них в качестве основы для создания вашего ребенка.

Следует отметить, что тепловой насос, спроектированный и составленный из его рук, будет по-прежнему отдаленным, если бы не производственные усилия и много времени для подавляющего большинства обычных пользователей.

Самый простой тепловой насос из старого холодильника описан в статье «Инженер» за 2006 год.

Он установлен как нагреватель для небольшой комнаты или теплицы. Кстати, независимо от того, насколько сильный самодельный холодильник, даже для небольшого дома, будет недостаточно, чтобы нагреть, но для одной комнаты — совсем немного. Решение реализовано двумя способами: внутреннее автоматическое отключение разобрано и все устройства подключены непосредственно к непрерывной работе. В первом случае в помещении установлен старый холодильник, конструкция насоса показана на рисунке:

Снаружи есть две воздуховоды и сбой в передней двери.

Воздух через верхний канал поступает в морозильник, охлаждается и падает на нижний воздуховод, чтобы увеличить плотность. Затем выходит тело холодильника, перемещаемое верхним током. Комната нагревается от теплообменника на задней стенке блока. Другой способ сделать тепловой насос своими руками — это же просто, вам нужно построить холодильник во внешней стене, как показано на схеме:

Внутренний нагреватель от радиатора может работать до наружной температуры минус 5 ° C, но не ниже.

Тепловой насос от кондиционера

Современные сплит-системы, особенно инверторы, успешно выполняют функции одного и того же теплового насоса воздух-воздух.

Их проблема в том, что эффективность работы падает с наружной температурой, даже так называемый зимний комплект не спасает.

Домашние мастера подходили к вопросу: самозаменяемые тепловые насосы состояли из кондиционера, который нагревает тепло проточной воды из скважины. Фактически, от кондиционера воздуха только компрессор, иногда внутренний блок, который играет роль фанкойла.

Как правило, компрессор можно приобрести отдельно.

Для нагрева воды (конденсатора) необходимо заменить теплообменник. Медная трубка с толщиной стенки 1-1,2 мм, длиной 35 м, намотана в катушке диаметром 350-400 мм или баллоном. После этого винты фиксируются перфорированным углом, а затем вся конструкция помещается в стальной контейнер с сантехническими трубами.

Компрессор из сплит-системы подключается к нижнему входу конденсатора, а контрольный клапан подключается к верхней части.

Точно так же образуется испаритель, так как он будет соответствовать простой пластиковой бочке. Кстати, вместо самодельных емкостных теплообменников вы можете использовать заводские теплообменники, но это не будет дорого.

Сам узел насоса не слишком сложный, но важно, чтобы мы могли правильно и качественно припаять швы медных труб.

Даже для зарядки системы Freon потребуются мастер-услуги, вы не станете специальной покупкой аксессуаров. Далее — скорость регулировки и пуска теплового насоса, который не всегда улучшается. Возможно, для достижения результатов потребуется много работы.

вывод

Конечно, отопление дома с тепловым насосом — мечта многих домовладельцев.

К сожалению, затраты на заводы слишком высоки, и они могут иметь дело с производственными единицами ручной работы. А потом достаточно часто хватает только на горячую воду, отопление не идет. Если все было так просто, у нас был внутренний тепловой насос в каждом доме, но пока он все еще недоступен для широкого круга пользователей.

На страницах материалов: http://cotlix.com

Всегда ли эффективен тепловой насос?

1. Сколько стоит?

Многие заказчики, знающие о тепловом насосе понаслышке, не имеют представления о его реальной стоимости, полагая, что затраты на его устройство будут сопоставимы с затратами на покупку привычного газового котла.

В таких случаях их желание установить тепловой насос может исчезнуть тотчас же после того, как он узнает, во что это ему примерно обойдется.

Разумеется, точную цену на предпроектной стадии никто определить не сможет, потому что цена эта зависит от множества факторов, численные значения которых станут известными в процессе проектирования.

Тем не менее, порядок цифр уже известен, и потому рекомендуется на самом начальном этапе проектирования предупредить заказчика, что в результате применения отопительного теплового насоса стоимость здания увеличится примерно на 0,7…

1,1 доллара па каждый Ватт тепловой мощности теплового насоса. Понятно, что чем здание больше, тем этот удельный показатель меньше.

После получения этой информации заказчик, который всегда желает знать, во что ему обойдется квадратный метр строящегося здания, начнет вычислять удорожание строительства, вызванное применением теплового насоса.

Если тепловая защита дома не выполнена должным образом, и удельная тепловая мощность отопительной системы, отнесенная к одному квадратному метру общей площади дома, составляет, например, 80 Вт/м2, то и удорожание будет выражаться примерно тем же числом, но уже в единицах измерения долл./м2.

Таким образом, в дом площадью 400 м2 с отопительным тепловым насосом придется дополнительно вложить (80 х 400) около 30 тыс. долларов. Если этот дом хорошо утеплить и довести удельную тепловую мощность системы отопления до 40 Вт/м2, то и дополнительные затраты на установку теплового насоса можно сократить почти вдвое.

Утеплить дом тоже недешево, но выполненное в процессе строительства утепление сэкономит деньги в течение многих лет эксплуатации, в то время как дорогой тепловой насос в работе обойдется еще дороже.

Поэтому устанавливать отопительный тепловой насос в плохо утепленном доме не рекомендуется.

2. От чего зависит эффективность эксплуатации

2.1. Коэффициент преобразования

Коэффициент преобразования теплового насоса выражается через отношение величины теплового потока Q, полученной в конденсаторе тепловой энергии к затраченной в компрессоре электрической мощности N.

Чем больше коэффициент преобразования, тем эффективнее тепловой насос.

Обычно отопительные тепловые насосы работают с коэффициентом преобразования, значения которого лежат в интервале 3,5…5. Тепловые насосы, работающие с коэффициентом преобразования 3 и ниже, считаются неэффективными, и такая работа, если в этом есть необходимость, допустима лишь в течение относительно короткого промежутка времени, несмотря па то, что при этом получено в три раза больше тепла, чем затрачено электрической энергии.

» Принцип расчета и подбора тепловых насосов

На самом деле, сопоставлять расходы тепловой и электрической энергии только по их количеству некорректно, потому что их качественные характеристики неадекватны, и для выработки одного киловатт-часа электроэнергии на тепловой электростанции нужно втрое больше топлива, чем на производство такого же количества тепла в котельной.

На рис. 1 показано, что при коэффициенте преобразования теплового насоса, равном 2,5, количество тепловой энергии, поступающей в дом для его отопления, меньше энергии топлива, которое сжигают на электростанции, чтобы получить нужное для теплового насоса количество электроэнергии. В этом случае тепловой насос не может считаться энергосберегающим оборудованием, потому что его применение приводит к увеличению расхода топлива в энергетической системе.

Любой котел с КПД бо­лее 83% будет энергетически более эффективен.

При работе теплового насоса с коэффициентом преобразования, равном, например, 5, удается получить намного больше тепла, чем содержится в топливе (рис.2).

С учетом всех этих особенностей преобразования энергии в тепловых насосах, в декабре 2008 года Европейским парламентом принята Директива по ис­пользованию возобновляемых источников энергии (Directive on the Use of Renewable Energy Sources), которая не допускает использования тепловых насосов с коэффициентом преобразования, равном 2,875 и ниже.

Величина коэффициента преобразования теплового насоса зависит от разности температур кипения холодильного агента в испарителе и его конденсации в конденсаторе. Чем меньше эта разность, тем выше коэффициент преобразования.

Температура кипения зависит от температуры окружающей среды, используемой в качестве источника теплоты для теплового насоса, и, проектируя систему теплоснабжения с тепловым насосом, инженер не имеет возможности изменить эту температуру.

Зато, выбирая температуру конденсации, проектировщик должен задаться достаточно низкой температурой. Поэтому обычные для водяных отопительных систем температуры теплоносителя 95-70 °С никогда не применяют в системах с тепловыми насосами.

Наиболее экономичными по расходу энергии являются отопительные системы, например, системы с обогревом по­ла, в которых циркулирует вода с температурой ниже 40 оС.

Теоретический коэффициент преобразования идеального теплового насос вычисляется по формуле Карно:

ε=T2 /(T1 – T2), (2)

где T1 — температура конденсации;

T2 — температура кипения холодильного агента, выраженные в градусах Кельвина.

Если бы тепловой насос был вполне совершенным, то при температуре кипения +5°С (Т2 = 278 К) и при температуре конденсации 55°С (T1= 358 К) он мог бы работать с коэффициентом преобразования, равным 5,56.

На самом деле, коэффициент преобразования будет меньше, потому что вполне совершенных машин не бывает, и степень отклонения реального коэффициента преобразования от теоретически возможного зависит от множества факторов.

К ним относятся физические размеры теплообменных аппаратов, свойства холодильного агента, особенности процесса сжатия в компрессоре и многое другое.

В литературе имеется немало формул для расчета коэффициента преобразования теплового насоса, но все они неточны, и пользоваться ими в практических расчетах затруднительно, да и не имеет смысла, поскольку в полных каталогах производителей тепловых насосов всегда можно найти величины тепловой и электрической мощности любого серийного агрегата при различных температурных условиях.

Отношение этих величин и есть коэффициент преобразования.

Знать температуры кипения и конденсации холодильного агента для проектировщика отопительной системы не столь важно, как располагать информацией о температурах теплоносителя, охлажденного в испарителе или нагретого в конденсаторе. Поэтому в каталогах тепловых насосов «вода-вода» приводятся значения тепловых и электрических мощностей тепловых насосов с учетом именно этих температур.

На рис.3 в качестве примера приведён график, составленный на основе анализа каталожных характеристик одной из серийных моделей теплового насоса.

На графике отображена зависимость коэффициента преобразования от температур теплоносителей на выходе из испарителя и конденсатора.

Другой график (рис. 4), построенный на основе каталожных характеристик конкретного модельного ряда тепловых насосов «воздух-вода», отражает зависимость коэффициента преобразования теплового насоса от температуры теплоносителя на выходе из конденсатора и от температуры наружного воздуха.

Коэффициент преобразования теплового насоса является важнейшим критерием его энергетической эффективности, но для владельца здания важно знать о том, как эта эффективность отразится на его финансовых затратах.

И здесь уже главную роль будут играть тарифы.

2.2. Тарифы на энергоносители

Каким бы эффективным ни был тепловой насос, степень его привлекательности для заказчика зависит не столько от степени его технического совершенства или схемы использования, сколько от тарифной политики государства.

Затраты на электрическую энергию, необходимую для работы теплового насоса, будут меньше, чем затраты на покупку природного газа или тепловой энергии, которые могли бы применяться для традиционных отопительных систем, если соблюдается неравенство:

Тэ<(ε /η).Тт, (3)

где Тэ — тариф па электрическую энергию;

Тт — тариф на один из традиционных энергоносителей;

ε — коэффициент преобразования теплового насоса;

η — коэффициент полезного действия традиционного генератора тепла.

Для того, чтобы можно было применить формулу 3, нужно, чтобы тарифы Тэ и Тт были выражены в одинаковых единицах измерения. Обычно тариф на газ выражают в грн/м3, а тариф на тепловую энергию в грн/Гкал, в то время как тарифы на электрическую энергию всегда выражают в грн/кВт ч.

Для возмож­ности сопоставления тарифов удобно пользоваться следующими зависимостями:

1 грн/м3 = 0,106 грн/кВт. ч ;

100 грн/Гкал = 0,086 грн/кВт. ч.

Пример 1

В односемейном доме система отопления получает тепло от газового котла, работающего с КПДη =0,9. Выгодно ли применить в этом доме тепловой насос, который будет работать с коэффициентом преобразования 3,5, если действующий тариф на электроэнергию составляет 0,7 грн/кВт. ч, а на газ — 1,5 грн/м3?

Пересчитаем тариф на газ:

1,5 грн/м3 = 1,5 . 0,106 = 0,159 грн/кВт. ч) и вычислим правую часть неравенства 3:

Сопоставим теперь левую и правую части неравенства 3:

Поскольку неравенство 3 не выполняется, замена газового котла тепловым насосом при указанных тарифах невыгодна и приведет к увеличению затрат на энергоносители.

Пример 2

Ожидается, что через несколько лет тариф на газ удвоится и составит 3 грн/м3, а тариф на электрическую энергию увеличится на 20% и составит 0,84 грн/кВт. ч.

Выгодна ли будет эксплу­атация теплового насоса, описанного в примере 1, в новых условиях?

Да выгодна, потому что неравенство 3 будет выполняться:

(3,5 /0,9) . (3 . 0,106) = 1,24;

Пример 3

В здании школы система отопления получает тепло из городской тепловой сети по тарифу 200 грн/Гкал, причем к показаниям теплосчетчика теплоснабжающая организация добавляет 15% на неучтенные потери тепла на участке тепловой сети, принадлежащем абоненту.

Уменьшатся ли расходы школы на теплоносители после установки теплового насоса, который будет работать с коэффициентом преобразования 3,2, если тариф на электроэнергию составляет 0,25 грн/кВт. ч?

Пересчитаем тариф на тепловую энергию:

200 грн/Гкал = 2 . 0,086 = 0,172 грн/кВт. ч

и вычислим правую часть неравенства 3, полагая, что дополнительные 15-процентные потери адекватны условному значению КПДη = 0,85:

0,25 < 0,648.

Неравенство 3 выполняется, а это означает, расходы школы на теплоносители после установки теплового насоса уменьшатся.

Примеры показывают, что при отсутствии тарифных перекосов затраты на энергоносители при использовании эффективных тепловых насосов будут меньше, чем при применении обычных источников тепла.

Но заказчика обычно интересует, сможет ли снижение эксплуатационных расходов со временем компенсировать дополнительные единовременные затраты, связанные с приобретением и установкой теплового насоса, а, если сможет, то как скоро.

3. Срок окупаемости

Срок окупаемости дополнительных капитальных затрат определяется, как правило, в результате технико-экономического расчета, выполняющегося на основе проектных проработок объекта, на котором предполагается использование теплового насоса. Но в данном случае, речь не идет о конкретном объекте, и потому здесь уместен самый общий анализ, в результате которого заказчик сможет оценить возможный срок окупаемости на предпроектной стадии.

Экономия эксплуатационных расходов на энергоносители Э, грн/год, при применении теплового насоса может быть вычислена по формуле:

Э = q . (Тт/η -Тэ/ε), (4)

где q — количество кВт. часов тепловой энергии, необходимое для отопления здания л течение одного отопительного периода, а значение остальных символов в формуле такое же, как и в неравенстве 3.

Величину q можно определить по формуле:

q=10-3 . 24 . N . S/(tB — tH), (5)

где N — тепловая мощность, Вт, отопительной системы;

S — число граду со- суток отопительного периода;

tB — tH — разность температур внутреннего и наружного воздуха.

Часть уравнения 5, а именно 10-3 . 24 . S/(tB — tH) характеризует климат района, и для Украины эта величина близка к 2.

Для нашего самого общего анализа допустимо не уточнять это зна­чение, и тогда:

Единовременные капитальные затраты К, грн, на приобретение и установку теплового насоса в соответствии с рекомендациями раздела 2.1 могут быть предварительно оценены по формуле:

К = 0,9 . V . N,(7)

где V — валютный курс, грн/USD;

N — тепловая мощность, Вт, отопительной системы.

Простой срок окупаемости С, лет, может быть определен по формуле:

С = К/Э = 0,9. V. N/, (8)

Подставив вместо величины q ее приближенное значение из формулы 6, получим:

С = 0,45 . V/(Тт/η-Тэ/ε), (9)

Эта формула для приблизительного срока окупаемости теплового насоса, привязана к его коэффициенту преобразования и к чисто экономическим показателям, а именно к тарифам и валютному курсу гривны.

Пользуясь этой формулой, определим па примерах сроки окупаемости некоторых тепловых насосов.

Пример 4

Определить приблизительный срок окупаемости теплового насоса из примера 2,если валютный курс составляет 7,7грн/USD.

Срок окупаемости рассчитывается по формуле 9:

С = 0,45 . 7,7 /(3 . 1,06/0,9-0,84/3,5) = 14,4 года.

Пример 5

Определить приблизительный срок окупаемости теплового насоса из примера 3,если валютный курс составляет 6,5 грн/USD.

С = 0,45 . 6,5 /(0,172/0,85-0,25/3,2) = 23,6 года.

Примеры 4 и 5 показывают, что сроки окупаемости оказались не слишком привлекательными для инвестора, для которого пятилетний период возврата вложенных средств является предельно большим отрезком времени.

Но вдумчивый инвестор с помощью преобразованной формулы 9 может решить обратную задачу:

Пример 6

Несмотря на продолжительный срок окупаемости затрат в тепловой насос, владелец односемейного дома, описанного в примерах 1,2 и 4, понимая, что цены на топливо постоянно растут, решил опре­делить, при каком тарифе на газ срок окупаемости не превысит 5 лет, если все прочие показатели из примера 4 останутся неизменными.

Преобразованную формулу 9 можно представить в виде:

(0,45 . V/C + Tэ/ε).

Подставив в нее С = 5 и исходные данные из примера 4, получим:

ТТ = 0,9 . (0,45 . 7,7 / 5 + 0,84 /3,5) = 0,839 грн/кВт. ч = 7,9 грн/м3.

Результаты расчета, выполненного в примере 6, весьма показательны. С учетом валютного курса гривны полученная величина тарифа соответствует стоимости газа около 1000 долларов за 1000 м3.

Примерно по такой цене покупают газ граждане Дании и многих других европейских стран . Уже упомянутый вдумчивый инвестор быстро сообразит, что европейские цены очень скоро придут в Украину, и, при наличии необходимых средств, вероятно, все же примет решение применить в своем доме тепловой насос.

4. Некоммерческая выгода

Не одними только деньгами порою определяется выбор того или иного технического решения. Если говорить о тепловом насосе, то, по крайней мере, три обстоятельства, прямого отношения к коммерческим выгодам не имеющие, могут послужить причиною благосклонного к нему отношения.

Первое из них — это более высокая степень энергетической независимости объекта.

Можно было бы говорить здесь об автономном отоплении, если бы этот термин апологеты газовых котлов не присвоили совершенно безосновательно системам, привязанным к газопроводу.

На самом деле, полностью автономные отопительные системы не существуют, и даже так называемые «пассивные» дома, утепленные столь тщательно, что для поддержания внутри них комфортной температуры зимой достаточно внутренних тепловыделений, не могут считаться вполне автономными, потому что источ­никами тепла в них является бытовое оборудование, работающее от системы электроснабжения.

Вместе с тем, тепловой насос, использующий энергию окружающей среды, способен обеспечить более высокую степень энергетической независимости здания по сравнению с газовым котлом, получающим топливо из месторождений, расположенных за много тысяч километров от потребителя.

Конечно, остается зависимость от системы электроснабжения здания, но электрическая энергия, в отличие от природного газа, будет существовать пока не исчезнет цивилизация, а проблемы, связанные с возможностью временного отключения энергии, могут быть при необходимости устранены установкой резервных источников, например, дизель-генераторов.

Еще одна некоммерческая выгода от применения теплового насоса состоит в более высокой степени комфорта, который может быть создан в здании, где установлено это оборудование, при помощи которого можно не только oбогревать помещения зимой, но и охлаждать их летом.

Впрочем, в данном случае, выгоду от дополнительного комфорта вполне можно выразить, и в денежных единицах. В зданиях с кондиционированием удорожание, связанное с использованием теплового насоса, можно определить по формуле 7, если дополнительно ввести в нее понижающий коэффициент.

Великое разнообразие систем кондиционирования не позволяет однозначно определить величину этого коэффициента, но можно предположить, что в любом случае он будет не больше 0,6, и тогда сроки окупаемости, рассчитанные по формуле 9, окажутся гораздо более привлекательными.

И наконец, нельзя не упомянуть о таком важном некоммерческом факторе, каким является престижность. Тепловой насос стал модным в паше время, а поклонники современной моды, в том числе и технологической, как известно, готовы тратить любые деньги, чтобы удержаться на гребне модной волны.

Можно лишь пожелать им удачи на этом поприще, потому что их удача в этом случае идеально впишется в реализацию государственной стратегии эффективного использования энергии.

В англоязычных изданиях, в том числе и в тех, которые переведены на русский язык, коэффициент преобразования теплового насоса обозначают английской аббревиатурой СОР -coefficient of performance, что дословно означает «коэффициент эксплуатационных качеств".

При условии, что теплотворная способность природного газа равна 8000 ккал/м3.

Нет ничего удивительного в том, что Украина пока отстает от Европы в области применении тепловых насосов.

В этом отставании виновата не наша косность. Если бы в Европе был дешевый газ, тепловые насосы и там до сих пор, как и у нас, оставались бы полем деятельности немногих энтузиастов.

http://ivik.donetsk.ua

Cодержание:

Тепловой насос: принцип работы — особенности и виды

1. Откуда насос берет тепло?
2. Система отопления с тепловым насосом
3. Примерный расчет теплопроизводительности
4. Виды тепловых насосов
5. Преимущества тепловых насосов
6. Некоторые особенности эксплуатации насосов

Такой агрегат как тепловой насос принцип работы имеет сходный с бытовыми приборами – холодильником и кондиционером.

Примерно 80% своей мощности он заимствует у окружающей среды. Насос перекачивает тепло с улицы в помещение. Его работа подобна принципу функционирования холодильника, отличается только направление переноса тепловой энергии.

Например, для охлаждения бутылки с водой люди ставят ее в холодильник, затем бытовой прибор частично «забирает» у этого предмета тепло и теперь, по закону сохранения энергии должен его отдать.

Но куда? Все просто, для этого в холодильнике имеется радиатор, как правило, находящийся на его задней стенке. В свою очередь радиатор, нагреваясь, отдает тепло помещению, в котором стоит.

Таким образом, холодильник отапливает комнату. До какой степени она прогревается, можно почувствовать в небольших магазинах жарким летом, когда включено несколько холодильных установок.

А теперь немного фантазии.

Предположим, что в холодильник постоянно подкладываются теплые предметы, и он обогревает комнату или его расположили в оконном проеме, открыли дверцу морозильной камеры наружу, при этом радиатор находился в помещении. В процессе своей работы, бытовой прибор, охлаждая воздух на улице, одновременно будет переносить тепловую энергию, которая есть снаружи, в здание. Точно такой имеет тепловой насос принцип действия.

Откуда насос берет тепло?

Функционирует тепловой насос, благодаря эксплуатации природных низкопотенциальных источников тепловой энергии, среди которых:

• окружающий воздух;
• водоемы (реки, озера, моря);
• грунт и грунтовые артезианские и термальные воды.

Система отопления с тепловым насосом

Когда для обогрева используется тепловой насос — принцип работы его основан на интеграции в отопительную систему.

Она состоит из двух контуров, к которым добавляется третий, представляющий собой конструкцию насоса.

Теплоноситель, забирающий на себя тепло из окружающей среды, циркулирует по внешнему контуру. Он попадает в испаритель насоса и отдает хладагенту примерно 4 -7 °C, притом, что его температура кипения равна -10 °C.

Состоит функциональный контур теплового насоса из:

• испарителя;
• хладагента;
• электрического компрессора;
• конденсатора;
• капилляра;
• терморегулирующего управляющего устройства.

Процесс, как работает тепловой насос, выглядит примерно так:

• хладагент после закипания, двигаясь по трубопроводу, попадает в компрессор, работающий при помощи электроэнергии.

  Это устройство сжимает хладагент, находящийся в газообразном состоянии, до высокого давления, что вызывает повышение его температуры;

• горячий газ попадает в другой теплообменник (конденсатор), в котором тепло хладагента отдается теплоносителю, циркулирующему по внутреннему контуру отопительной системы, или воздуху в помещении;
• остывая, хладагент переходит в жидкое состояние, после чего проходит сквозь капиллярный редукционный клапан, теряя давление, и затем снова оказывается в испарителе;
• таким образом, цикл завершился, и процесс готов повториться.

Примерный расчет теплопроизводительности

На протяжении часа через насос по внешнему коллектору проходит 2,5-3 кубометра теплоносителя, который земля в состоянии нагреть на ∆t = 5-7 °C (прочитайте также: «Важно знать: как продумать расчет теплового насоса»).

Q = (T1 — T2) x V, где:
V – расход теплоносителя в час (м3/час);
T1 — T2 - разница температуры на входе и входе (°C) .

Виды тепловых насосов

В зависимости от вида потребляемого рассеянного тепла тепловые насосы бывают:

• грунт-вода — для их работы в водяной отопительной системе используются закрытые грунтовые контуры или геотермальные зонды, находящиеся на глубине (подробнее: «Геотермальные тепловые насосы для отопления: принцип устройства системы»);
• вода-вода — принцип работы теплового насоса для отопления дома в данном случае основывается на использовании открытых скважин для забора грунтовых вод и их сброса (прочитайте: «Как подобрать водяной насос для отопления»).

  При этом внешний контур не закольцован, а система отопления в доме – водяная;

• вода-воздух – устанавливают внешние водяные контуры и задействуют отопительные конструкции воздушного вида;
• воздух-воздух – для их функционирования используют рассеянное тепло наружных воздушных масс плюс воздушная система отопления дома.

Преимущества тепловых насосов

1. Экономичность и эффективность.

   Принцип действия тепловых насосов, изображенных на фото, основан не на производстве тепловой энергии, а на переносе ее. Таким образом, КПД теплового насоса должен быть больше единицы. Но как такое возможно? В отношении работы тепловых насосов используется величина, которая называется коэффициентом преобразования тепла или сокращенно КПТ. Характеристики агрегатов данного типа сравнивают именно по этому параметру. Физический смысл величины заключается в определении соотношения между количеством полученного тепла и затраченной на его получение энергии.

   Например, если коэффициент КПТ равен 4,8, это означает, что электроэнергия в 1кВт, затраченная насосом, позволяет получить 4,8 кВт тепла, причем безвозмездно от природы.

2. Универсальное повсеместное применение.

   В случае отсутствия доступных для потребителей линий электропередач работу компрессора насоса обеспечивают при помощи дизельного привода. Поскольку природное тепло есть повсюду, принцип работы этого устройства позволяет использовать его повсеместно.

3. Экологичность. Принцип работы теплового насоса основан на малом потреблении электроэнергии и отсутствии продуктов горения.

   Используемый агрегатом хладагент не содержит хлоруглеродов и полностью озонобезопасен.

4. Двунаправленный режим функционирования.

   Отопление дома. Схема отопления дома с тепловым насосом

   В отопительный период тепловой насос способен обогревать здание, а в летнее время охлаждать его. Тепло, отобранное у помещения, можно применять для обеспечения дома горячим водоснабжением, а, если имеется бассейн, подогревать в нем воду.

5. Безопасная эксплуатация. В работе тепловых насосов отсутствуют опасные процессы – нет открытого огня, и не выделяются вредные для здоровья человека вещества.

   Теплоноситель не имеет высокой температуры, что делает устройство безопасным и одновременно полезным в быту.

6. Автоматическое управление процессом обогрева помещений.

Принцип работы теплового насоса, достаточно подробное видео:

Некоторые особенности эксплуатации насосов

Чтобы обеспечить эффективную работу теплового насоса, необходимо соблюдать ряд условий:

• помещение должно быть качественно утепленным (теплопотери не могут превышать 100 Вт/ м²);
• тепловой насос выгодно использовать для низкотемпературных отопительных систем.

  Данному критерию соответствует система теплого пола, поскольку ее температура 35-40°C. КПТ во многом зависит от соотношения между температурой входного контура и выходного.

Принцип работы тепловых насосов заключается в переносе тепла, что позволяет получать коэффициент преобразования энергии величиной от 3 до 5.

Другими словами каждый 1 кВт использованной электроэнергии приносит в дом 3-5 кВт тепла.

Тепловой насос — устройство теплопередачи от низкопотенциального источника тепла (низкая температура) до потребителя (теплоносителя) при более высокой температуре.

Термодинамический тепловой насос похож на охлаждающую машину.

Однако, если основной целью охлаждения является получение холода с выбором тепла от любого испарителя масштаба, а конденсатор сбрасывает тепло в окружающую среду, v изображение теплового насоса поворачивается.

Конденсатор — это теплообменник, выделяемый тепло для потребителя, а испарительный теплообменник имеет низкое потенциальное тепло: вторичные источники энергии и (или) возобновляемые источники энергии.

Концепция тепловых насосов была разработана в 1852 году выдающимся британским физиком и инженером Уильямом Томсоном (лорд Кельвином) и еще более сложным и точным австрийским инженером Питером Риттером фон Ритингер (Peter Ritter von Rittinger).

Питер Риттер фон Ритингер считается изобретателем теплового насоса, так как в 1855 году он спроектировал и установил первый известный тепловой насос. Но практическое использование теплового насоса в 40-х годах двадцатого века, когда изобретатель-энтузиаст Роберт С. Вебер (Robert C.

Уэббер) экспериментировал с морозильной камерой.

Когда Вебер случайно коснулся горячей ванны на выходе камеры и обнаружил, что тепло отпущено. Изобретатель думал о том, как использовать это тепло, и решил проложить трубу в котле для нагрева воды.

Если тепловой насос используется для обогрева дома

В результате Вебер дал семье столько горячей воды, сколько они не могут физически использовать, в то время как тепло от нагретой воды было выброшено в воздух.

Это привело к мысли о том, что вода и воздух могут нагреваться от одного источника тепла.

Поэтому Вебер улучшил свое изобретение и начал водить горячую воду в спираль (через катушку) и с помощью небольшого вентилятора, чтобы распределить систему отопления вокруг нагревательного дома.

Со временем идея Вебера заключалась в том, чтобы «нагревать» тепло от земли, где температура во время полета не сильно изменилась. Он положил его в медные трубы Земли, через которые распространялся Фрон, который «собрал» теплоту земли.

Газ загустел, он отремонтировал тепло в доме и снова прошел через катушку, чтобы подобрать следующую часть тепла. В воздухе он вел фанат и устраивался по всему дому. В следующем году Вебер продал свою старую углеродистую печь.

В 1940-х годах тепловой насос стал известен своей эффективностью, но в 1970-х годах он появился в связи с появлением глобального энергосберегающего интереса.

Типы тепловых насосов

В зависимости от принципа работы тепловые насосы подразделяются на сжатие и поглощение .

Сжатие теплового насоса всегда приводится в действие механической энергией (электричество), а поглощающий тепловой насос может также использоваться в качестве источника тепла (с использованием электричества или топлива).

Тепловые насосы подразделяются на:

1) геотермальная энергия (использование тепла земли, грунтовых вод или подземных грунтовых вод);

2) антенна (источником тепловой энергии является воздух);

3) с использованием производной (вторичной) лихорадки (например, теплопровод центрального отопления).

Геотермальный тепловой насос может быть:

— закрытый (горизонтальный, вертикальный или водный);

— открытый тип;

— с прямым теплообменом.

первый Геотермальный тепловой насос

Рис. второй Воздух теплового насоса

Геотермальные тепловые насосы У них такое устройство.

а) закрытый тип :

— горизонтально :

Коллектор помещается в кольца или погружается в горизонтальные канавы ниже глубины замерзания грунта (обычно 1,2 м или более).

Этот метод является наиболее рентабельным для жилой недвижимости, при отсутствии недостатка земли для контуров.

— вертикальный :

Коллектор размещается вертикально в скважинах глубиной до 200 м. Этот метод используется в тех случаях, когда поверхность земли не позволяет горизонтальную установку контура или угрозу повреждения ландшафта.

— вода :

Коллектор имеет отверстие или кольцо в резервуаре (озеро, пруд, река) ниже глубины замерзания.

Это самый дешевый вариант, но есть требования к минимальной глубине и количеству воды в резервуаре для определенного региона.

— с прямым теплообменом (DX — сокращенно от английского «прямой обмен» — «прямой обмен»).

В отличие от предыдущих типов, компрессор теплового насоса подается через медные трубки, расположенные:

— вертикально в скважинах длиной 30 м и диаметром 80 мм;

— под углом в полостях длиной 15 м и диаметром 80 мм;

— горизонтально в земле ниже глубины замерзания.

Циркуляция хладагента с компрессором теплового насоса и передача тепла фреона непосредственно через стенку медной трубки с повышенной теплопроводностью обеспечивает высокую эффективность и надежность геотермальной системы отопления.

б) открытый тип :

В такой системе используется вода, которая циркулирует непосредственно через систему геотермального теплового насоса как жидкость для теплообмена с открытым циклом, что означает, что вода возвращается к земле после прохождения через систему.

Этот вариант может быть реализован на практике только в том случае, если имеется достаточное количество относительно чистой воды и при условии, что такой метод использования грунтовых вод не запрещен законом.

Рис. третий Схема компрессорного теплового насоса : 1 — конденсатор; 2 — газ; 3 — испаритель; 4 — компрессор

Промышленные модели тепловых насосов в соответствии с типом охлаждающей жидкости во входном и выходном контурах насоса разделены на восемь типов: «поток», «вода-вода», «воздух-вода», «воздух-воздух», «вода-воздух», воздух »,« фреон-вода »,« фреон-воздух ».

Тепловые насосы могут использовать тепло воздуха из комнаты при нагревании приточного воздуха (рекуператоры).

первый

Отделяя тепло от воздуха

Эффективность и выбор конкретного источника тепловой энергии сильно зависят от климатических условий, особенно если источник тепла находится в воздухе.

Фактически, этот тип более известен как кондиционер. В жарких странах таких устройств десятки миллионов. Для северных стран наиболее важным является зимнее отопление. Системы воздух-воздух и воздух-воздух также используются зимой при температурах до минус 25 градусов, некоторые модели до сих пор работают до -40 градусов. Однако их эффективность низкая, примерно в 1,5 раза выше, чем стоимость энергии, а для отопительного сезона она в среднем в 2,2 раза по сравнению с электронагревателями.

В случае тяжелых морозильников используется дополнительный нагрев. Когда мощность основной системы отопления с тепловыми насосами недостаточна, включены дополнительные источники тепла. Такая система называется двойственной.

2. Извлечение тепла из горных пород

Камень требует бурения скважины на достаточной глубине (100-200 метров) или более из таких скважин. U-образная нагрузка падает в отверстие с двумя контурными пластиковыми трубами. Трубы заполнены антифризом.

По экологическим причинам это 30% -ный раствор этилового спирта. Вода естественным образом заполнена подземными водами, и вода течет от тепла к теплу от тепла.

Если длина отверстия недостаточна или если он пытается получить сверхвысокую мощность от земли, эту воду и даже замораживание можно заморозить, что ограничивает максимальную тепловую мощность этих систем. Это температура возвращаемого антифриза и служит одним из индикаторов схемы автоматизации.

Приблизительно 1 метр работает 50-60 Вт тепловой мощности. Таким образом, для установки мощности теплового насоса мощностью 10 кВт требуется глубина около 170 м. Невозможно бурить глубже 200 метров, меньше делать больше скважин на глубине от 0 до 10 метров друг от друга. Даже для относительно небольшого дома площадью 110-120 м2 с низким энергопотреблением срок погашения составляет 10-15 лет.

Почти все существующие подразделения на рынке действуют летом, в то время как тепло (в основном солнечная энергия) берется из комнат и рассеивается в камень или грунтовые воды. В скандинавских странах каменистый гранитный гранит служит огромным радиатором, который получает тепло летом (день) и рассеивает его зимой (ночью).

Кроме того, тепло постоянно поступает из глубин земли и из грунтовых вод.

3. Извлечение тепла из земли

Наиболее эффективные, но и самые дорогие схемы включают сбор тепла от земли, где температура не меняется в течение года на глубине нескольких метров, что позволяет устанавливать почти независимо от времени. Что касается полугодовых приборов в Швеции в 2006 году, то 50000 финских и норвежских лет были установлены на высоте 70000 г. При использовании в качестве источника заземляющей линии циркуляции тепловой энергии Земли, застывшей в земле на 30-50 см при замораживании почвы в этом область.

На практике — на 0,7 — 1,2 метра. Минимальное рекомендуемое расстояние между коллекторскими трубами составляет 1,5 метра,

Бурение не является обязательным, но большая площадь требует обширной работы на земле, а трубопровод более подвержен повреждениям. Эффективность такая же, как при выборе тепла из отверстия. Никакой специальной подготовки почвы не требуется. Однако желательно, чтобы участок использовался с влажным душем, но если он сух, контур должен быть длиннее. Приблизительное значение тепловой мощности на 1 м трубопровода: в глине — 50-60 Вт, в песке — 30-40 Вт для умеренной ширины, а на севере меньше.

Таким образом, для установки теплового насоса мощностью 10 кВт требуется длина 350-450 м, для чего требуется участок земли площадью около 400 м2 (20 х 20 м).

При правильном расчете контур мало влияет на зеленые насаждения.

Преимущества и недостатки тепловых насосов

Преимущества тепловых насосов — в первую очередь экономия: для передачи 1 кВтч тепловой энергии в систему отопления требуется установка всего 0,2-0,35 кВтч электроэнергии.

Поскольку преобразование тепловой энергии в электричество на крупных электростанциях происходит с КПД до 50%, эффективность использования топлива при использовании тепловых насосов увеличивается. Требования к системам вентиляции помещений упрощаются и повышается уровень пожарной безопасности. Все системы работают с замкнутыми цепями и не требуют каких-либо эксплуатационных затрат, кроме стоимости электроэнергии, необходимой для работы оборудования.

Рис. четвёртая Схема использования тепла от теплового насоса в доме

пятые Схемы теплового насоса

Еще одним преимуществом тепловых насосов является возможность перехода от режима обогрева к зиме в кондиционировании летом: просто вместо радиатора внешний коллектор соединяет фанкойлы или системы холодного потолка.

Тепловой насос надежен, а работа контролируется автоматизацией.

Во время работы система не требует специального обслуживания, манипуляции не требуют специальных навыков и описаны в инструкции по эксплуатации.

Важной особенностью системы является совершенно индивидуальный характер для каждого потребителя, который является оптимальным выбором стабильного источника низкой потенциальной энергии, расчета коэффициента преобразования, возврата и т. Д.

Тепловой насос компактный (его модуль не превышает размер обычного холодильника) и почти бесшумен.

К 2012 году в Японии более 3,5 миллионов устройств, а в Швеции около 500 000 домов нагревают тепловые насосы.

Недостатками геотермальных тепловых насосов, используемых для отопления, являются высокая стоимость установленного оборудования, необходимость комплексной и радикальной сборки внешних подземных или подводных теплообменников.

Недостатком воздушных тепловых насосов является более низкий коэффициент преобразования тепла, который связан с низкой температурой кипения хладагента во внешнем испарителе воздуха. Общим недостатком тепловых насосов является относительно низкая температура нагретой воды, в большинстве случаев не более +50 ° C ^ +60 ° С, чем выше температура нагретой воды, тем ниже эффективность и надежность теплового насоса.