Теплові насоси для опалення будинку - види, принцип роботи, виробники і ціни



Навчившись качати з надр землі газ і спалювати його, людство отримало дві серйозні проблеми. Глобальне потепління і отруєння середовища проживання – занадто висока ціна комфорту. До того ж сировинне паливо – ресурс обмежений, запаси якого швидко виснажуються. Ці фактори викликали активний інтерес до теплових насосів – установок, добувним чисту енергію з землі, води і повітря. Без ненажерливих котелень і шкідливих викидів вони забезпечують оселю теплом та гарячою водою.

На Заході тепловий насос для опалення будинку став таким же звичним, як кондиціонер або пральна машина. У нас цей агрегат поки ще не знайомий більшості власників приватних садиб і дач. Познайомитися з принципом його роботи, існуючими різновидами, достоїнствами і недоліками вам допоможе ця стаття.

Як працює тепловий насос?

найпростіший приклад, доступно пояснює принцип дії теплових насосів, – побутовий холодильник. Всі ми знаємо, що в його морозильній камері відбувається охолодження продуктів за рахунок циркуляції холодоагенту. Забираючи внутрішнє тепло, холодильник викидає його назовні. Тому в морозильному відділенні панує холод, а задня решітка у апарату завжди гаряча.

Принцип роботи теплового насоса дзеркально протилежний. Забираючи тепло з навколишнього середовища, він переносить його в будинок. Образно кажучи, «морозильна камера» у цього пристрою знаходиться на вулиці, а гаряча решітка – в будинку.

В залежності від виду джерела зовнішнього тепла і середовища, що збирає енергію, теплові насоси діляться на чотири типи:

  1. Грунт-вода.
  2. Вода-вода.
  3. Повітря-вода.
  4. повітря-Повітря.

Установки першого типу добувають тепло з землі за допомогою трубчастих колекторів або зондів. У зовнішньому контурі такого насоса циркулює незамерзаюча рідина, що переносить тепло в випарний бак. Тут відбувається передача теплової енергії фреону, який рухається в замкнутому контурі між компресором і дросельним клапаном. Нагріте холодоагент надходить в бак-конденсатор, де віддає отримане тепло воді, що подається в систему опалення. Цикл теплообміну повторюється до тих пір, поки установка підключена до електромережі.

Схема роботи теплового насоса

Принцип роботи теплового насоса водяного нічим не відрізняється від ґрунтового. Різниця полягає лише в тому, що енергію йому дає вода, а не грунт.

Повітряний тепловий насос не потребує великогабаритному зовнішньому колекторі для збору тепла. Він просто прокачує через себе вуличне повітря, витягуючи з нього дорогоцінні калорії. Вторинний теплообмін в цьому випадку відбувається через воду (теплі підлоги) або через повітря (повітряна система обігріву).

Оцінюючи економічну сторону питання, слід зазначити, що найбільших фінансових вкладень вимагає встановлення «грунт-вода». Для монтажу її теплоприемных зондів доводиться бурити глибокі свердловини або ж виймати грунт на великій площі для укладання коллектрора.

Ґрунтовий тепловий насос не може працювати без зовнішньої системи труб або глибоких свердловин з теплоприемными зондами

На другому місці стоїть водяний тепловий насос, що здається замовнику під ключ. Для його роботи не потрібно копка землі і буріння свердловин. Досить занурити у водойму достатню кількість гнучких труб, по яких буде циркулювати теплоносій.

Дешевше обходяться агрегати «повітря-повітря» і «повітря-вода», оскільки вони не потребують встановлення зовнішніх приймачів теплової енергії.

Особливістю монтажу більшості теплонасосних систем є їх підключення до радіаторів опалення, а до теплому підлозі. Це пояснюється тим, що максимальний нагрів води у них виробляється до температури +45С, оптимальної для теплої підлоги, але недостатньою для нормальної роботи радіатора.

Вигідною для власника особливістю роботи даної установки є можливість реверсного режиму - переклад в жаркий період року на охолодження приміщень. У цьому разі надлишкове тепло поглинається трубопроводом теплої підлоги і відводиться насосом в ґрунт, воду чи повітря.

Спрощена структурна схема ґрунтової теплонасосної установки виглядає так:

Крім теплового насоса, ґрунтового контуру теплої підлоги тут ми бачимо два циркуляційних насоси, запірні вентилі гарячої води та опалення, а також бак акумулюючий гарячу воду для побутового використання.

Характеристики теплових насосів

Головний показник, за яким оцінюють ефективність роботи теплового насоса - коефіцієнт перетворення тепла, скорочено іменується КПТ (в англійській абревіатурі СОР). До звичного для нас ККД - коефіцієнту корисної дії він відношення не має. КПТ (СОР) показує, скільки кіловат енергії перекачує насос на один кіловат отриманої електроенергії. В залежності від умов роботи КПТ теплонасоса може складати від 3 до 5, що без зайвих дискусій підтверджує економічну вигоду від його використання.

Найбільш стабільні показники ефективності демонструють грунтові й водяні установки, оскільки температура води і ґрунту не опускається нижче нуля градусів. Агрегати, що збирають тепло з повітря залежать від його температури. При мінусових позначках термометра їх продуктивність знижується в середньому на 40-50%.

Другий робочий параметр – потужність в кіловатах. Його підбирають, виходячи з величини тепловтрат будівлі.

Розрахунок опалення будинку з тепловим насосом

Для нормальної роботи теплоперекачивающей установки необхідна якісна теплоізоляція будівлі. Тому перед покупкою теплового насоса необхідно утеплити стіни, підлогу та стелю, після чого виконати розрахунок теплових втрат (Q).

Спрощена формула підрахунку кількості тепла (Вт), що йде з дому через огороджувальні конструкції (стіни, вікна, підлога, стеля) виглядає так:

Q = S х (різниця температур повітря в приміщенні і на вулиці)/ Rт.

S –площа огороджувальної конструкції м2;

Rт – тепловий опір матеріалу огороджувальної конструкції (беруть з таблиць Сніп будівельної теплотехніки).

по Черзі підрахувавши тепловтрати стін, вікон, підлоги і стелі їх підсумовують і отримують кількість кіловат, теряемых будинком за 1 годину в найхолодніший період року. Потужність теплового насоса повинна бути не менше сумарної величини тепловтрат. Якщо крім опалення установка буде гріти воду для побутових потреб, то її потужність збільшують на 20%.

Вибираючи тепловий насос «повітря-повітря» або «повітря-вода» слід орієнтуватися на теплову потужність, яку він розвиває в області низьких температур, оскільки вона значно нижче потужності при роботі в теплий період року.

В якості прикладу наведемо параметри повітряно-водяний установки NIBE FIGHER F2300-14. Працюючи в температурному діапазоні від +7 до + 45С, вона видає близько 18 кВт, а при температурі повітря -15С всього 10,7 кВт.

Відомі бренди і орієнтовні ціни

Ринок теплонасосного обладнання у Росії сформований. Лідируючі позиції тут займають закордонні компанії, такі як: Nibe (Швеція), Mitsubishi Electric (Японія), Danfoss (Данія), Vaillant (Німеччина), Viessmann (Німеччина), Mammoth (США) та інші. Не поступається за співвідношенням «ціна-якість» іменитим брендам продукція російського виробництва (торгові марки Henk і SunDue).

Орієнтовна ціна (на 2016 рік) імпортного теплового насоса «грунт-вода» потужністю 10 кВт, розрахованого на обігрів будинку площею 100 м2 (без монтажу) становить 500 000 рублів. За роботи по бурінню свердловин, монтажу труб і пусконаладку доведеться доплатити в середньому від 80 000 руб не включаючи додаткові матеріали.

Вітчизняна техніка дешевше. Ціна аналогічного за параметрами російського теплонасоса близько 360 000 рублів. Його покупка з монтажем "під ключ" буде коштувати близько 430 000 рублів. Орієнтовна ціна 10 киловаттного теплонасоса «повітря-вода» від 270 000 руб. Середня вартість даного агрегату з установкою під ключ становить 320 000 рублів.

Відгуки реальних власників цього виду техніки в абсолютній більшості позитивні. В них зазначається надійна робота геотермальних теплових насосів і низькі експлуатаційні витрати (обслуговування, електроенергія).

Побоювання тих, хто поки ще розмірковує про купівлю теплонасоса «повітря-вода» виходячи з практики використання даної техніки не виправдовуються. Ці агрегати стабільно видають тепло аж до температури зовнішнього повітря -25С.

Самостійне виготовлення теплового насоса

Враховуючи досить високу вартість даного обладнання у багатьох самодельщиков виникає спокуса зібрати його своїми руками, використовуючи підручні агрегати та комплектуючі. Що слід сказати з цього приводу?

Дана робота включає два основних етапи: підготовку зовнішнього контуру і складання самої теплонасосної установки. Самотужки можна викопати траншеї для укладання труб. Зробити без спецобладнання 50-метрову свердловину для монтажу зонда нереально. Поверхнева укладання колектора, як стверджують фахівці, невигідна, оскільки не дає достатньо тепла для стабільної роботи установки.

Тепер подивимося, чи можна зібрати тепловий насос своїми руками. Для цього потрібен практичний досвід майстра-холодильщика, оскільки заповнення системи фреоном та її опресовування новачок виконати не зможе.

Виготовлення установки на базі агрегатів від старого холодильника або кондиціонера можна розглядати лише як демонстраційний варіант, що не має практичної цінності з-за низької ефективності.

В інтернеті тиражується керівництво по збірці теплового насоса на базі компресора від кондиціонера, ємності з нержавіючої сталі (конденсатор) та пластикової бочки (випарник). Розповівши, як накрутити мідні трубки на балон і закріпити компресор на стіні, автор закінчує свою розповідь радою після завершення складання звернутися до майстра, який погодиться виконати пусконалагодження та виправити всі допущені самодельщиком «косяки». Назвати цю інструкцію серйозною підмогою для самостійної роботи не можна.