Тепловой насос что это, как работает, зачем нужен.

В этой статье разберемся с основами тепловых насосов — их принцип работы и сколько можно сэкономить денег, благодаря им.

Тепловой насос — что это и зачем он нужен?

Давайте сначала определимся с тем, что же такое тепловой насос!? Хотя… Как вы понимаете из его названия — он перекачивает тепло. «Но откуда и куда?» — скажете Вы. «С улицы в дом!» — скажу я, и не ошибусь. Давайте вспомним про цикл Карно… Ладно, понимаю, что многие из вас слышали это словосочетание давно. Давайте постараюсь напомнить основные принципы не используя такие слова как адиабата, изотерма и прочие.

Давайте возьмем изолированный сосуд с газом и температурой 20 градусов и начнем каким-либо поршнем сжимать этот воздух. Что произойдет с газом? Правильно! Он нагреется. А что тогда если мы будем действовать этим поршнем в обратную сторону? Да, правильно, газ начнет разреживаться и остывать.

Усугубим ситуацию. У нас есть сосуд с газом и поршнем. Поршень выключен, температура газа 20 градусов. Поршень идет вверх и разреживает газ. Газу становится нехорошо, он охлаждается.

Представим, что мы разредили газ до температуры -20 градусов. Давайте теперь поставим эту бутылку на улицу, где она «нагреется» до -10 градусов. А теперь занесем обратно в дом и отключим поршень. Что произойдет с газом? Правильно, его температура будет уже не 20 градусов а больше.

По такому же принципу работает и тепловой насос, но важным условием является тот фактор, что «Перекачиваемое» тепло в несколько раз превосходит затраченную энергию. Это значение и называется COP.

Пример из жизни: газовый баллон из которого выходит газ охлаждается, а иногда вообще обмерзает.

А знаете ли Вы, почему у теплового насоса нет КПД!?

Тепловой насос — это машина, работающая по циклу Карно против часовой стрелки. Именно поэтому к тепловому насосу нельзя применять КПД. В тепловых насосах используется понятие коэффициента эффективности — он показывает, во сколько раз количество произведенной теплоты больше работы, затраченной для получения этой теплоты. Далее этот показатель мы будем называть COP.

P.S. Маркетологи частенько грешат такой ошибкой 🙂

ТИПЫ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

ВОЗДУШНЫЙ

Тепловая энергия берется из воздуха

Цена

Сложность установки

Эффективность

ВОДЯНОЙ

Тепловая энергия берется из водоемов или скважин

Цена

Сложность установки

Эффективность

ГРУНТОВЫЙ

Тепловая энергия берется из грунта ниже глубины промерзания

Цена

Сложность установки

Эффективность

Тепловые насосы, использующие вторичное тепло

Такие тепловые насосы очень выгодно ставить на предприятиях, где предусматривается очень хорошая вентиляция или очень много сточных вод. Так, например, несколько назад мы монтировали рекуперацию в один из цехов по поклейке резиновых лодок. Запах от клея очень токсичен и резал глаза, руководство компании решило заказать установку мощной вентиляции в цех, вследствие чего в помещении стало холодно. Проблему удалось частично решить установкой системы рекуперации. Система рекуперации обошлась очень недорого заказчику и сохраняла 50% выдуваемого тепла. Однако, если вмонтировать тепловой насос, то можно добиться гораздо большей эффективности.

Плюсы и минусы геотермального теплового насоса и воздушного

Сейчас на рынке популярны два типа тепловых насосов — воздушные и геотермальные. Под геотермальными тепловыми насосами будем понимать как насосы питающиеся от скважины, так и от геозондов.

Воздушный тепловой насос, плюсы

Легкость монтажа
Низкая цена

Воздушный тепловой насос, минусы

Эффективность воздушного теплового насоса (COP) ниже чем у геотермального
Эффективность воздушного теплового насоса становится меньше при снижении температуры окружающего воздуха
Высокая влажность увеличивает количество оттаек, что также снижает эффективность теплового насоса

Геотермальный насос, плюсы

У геотермального насоса стабильная, высокая эффективность (COP), которая не завсит от условий окружающей среды

Геотермальный насос, минусы

Высокие капитальные затраты
Необходимость бурить скважину или перекапывать участок для прокладки геозондов
При питании от скважины необходимо иметь возможность сливать воду. Для этого желательно иметь вторую скважину или водоем

Теловой насос VIRAND AIR MINI внешний блок

сравнить

Закрыть

Внешний блок теплового насоса VIRAND AIR MINI воздух-вода 2 кВт по теплу без контроллера

50,000.00 ₽

Тепловой насос virand air mini позволит сэконмить до 60 кВт тепла за один день.

Add to wishlist

В корзину

Быстрый просмотр

-50%

Контроллер теплового насоса VIRAND купить

сравнить

Закрыть

Контроллер теплового насоса с управлением через Bluetooth VIRAND

~~30,000.00 ₽~~ 15,000.00 ₽

Данный контроллер позволит управлять любым тепловым насосом. Плата сделана с соблюдением всех норм ГОСТ и позволяет задавать различные режимы работы,

Add to wishlist

В корзину

Быстрый просмотр

сравнить

Закрыть

Тепловой насос воздух-вода 10 кВт по теплу + монтажные работы (ориентировочная цена)

180,000.00 ₽

Add to wishlist

В корзину

Быстрый просмотр

В этой статье мы рассмотрим практическое применение работы воздушного и геотермального тепловых насосов на нашем первом тестовом полигоне – дом в Ленинградской области.

Характеристики дома, отапливаемого тепловым насосом

Этот дом отапливается двумя тепловыми насосами: воздушным и геотермальным. Он имеет три этажа, общая площадь составляет 220 квадратных метров. Основание из кирпича (полтора кирпича 40 см), сделано утепление по стенам в 200 мм и кровля 300 мм. То есть сделано хорошее утепление, и теплопотери минимальные. И, нужно заметить, что утеплению нужно уделить максимум внимания, так как минимальные теплопотери позволяют добиться хорошего COP (коэффициента преобразования энергии). С чем это связано? С тем, что при маленьких теплопотерях нам не нужно поддерживать высокую температуру в отопительной системе. Так как, чем выше температура в отопительной системе, тем ниже COP.

Воздушный тепловой насос

Данный тепловой насос в среднем по теплу выдает 5-6 кВт, потребляя при этом 1,5-2 кВт. Этот показатель не стабильный, так как производительность зависит от температуры на улице, поэтому говорим о средних значениях. Также на этот показатель сильно влияет влажность. При большой влажности, воздушный тепловой насос быстро обмерзает, что провоцирует большое количество оттаек и снижает эффективность.

Два варианта отопительной системы для воздушного теплового насоса

Есть два типа установки воздушного теплового насоса, о которых бы хотелось рассказать.

Тип 1: на входе и выходе теплового насоса фреон

Тип 2: на входе и выходе теплового насоса вода или гликоль.

Давайте разберемся, есть ли существенные различия между этими двумя вариациями?

Да, конечно есть!

Компрессорные блоки воздушных тепловых насосов бывают с установленным теплообменником внутри блока, как в нашем доме, а также бывают с установкой теплообменника отдельно, внутри дома. В таком случае система не переводится на гликоль, используется только вода. Теплообменник устанавливают внутри дома, чтобы в зимние морозы система не «замерзла». Плюсы нашего типа заключаются в мобильности и автономности. В нашем примере залитый гликоль, антифриз и теплообменник расположены внутри компрессорного блока, что позволяет в короткий срок обслужить, внести какие-то изменения или что-либо заменить в устройстве. Кстати, за 6 лет работы такого еще не приходилось делать :).
Сравнительно со вторым типом – при использовании фреона, придется полностью демонтировать систему, сливать фреон, разгерметизировать и выполнить другие обязательные работы, что равно новому монтажу. Этот процесс уже гораздо более долгий и сравним с новым монтажом.

Тип 1: фреон		Тип 2: гликоль/антифриз
+	—	+	—
можно использовать воду в качестве теплоносителя	сложность демонтажа	мобильность	чуть более дорогая заправка отопительной системы
		автономоность
		чистая отопительная система

После просмотра данной таблицы у вас может возникнуть вопрос: «Насколько дороже заправка отопительной системы гликолем или антифризом?»

Конечно, цена зависит от объема системы и рассчитывается индивидуально под каждый дом. В нашем случае это примерно 50-100 рублей на литр заправки системы. Но нужно учитывать, что при этом будет происходить смазка насосов, всегда будет чистая отопительная система, что благоприятно сказывается на сроке службы системы в целом. Мы используем обычный автомобильный антифриз и система прекрасно работает, нареканий нет.

Но стоит упомянуть о небольшом минусе, если углубляться в подробности – теплоемкость воды больше, чем у гликоля, то есть эффективность по переносу больше у воды. В среднем это 15%, что является незначительным показателем, которым можно пренебречь.

Проток в отопительной системе через тепловой насос

Конкретно в нашем доме ориентировочный проток равен 0,36 куба или 360 литров в час, то есть 6 литров в минуту. Но опять же, забегая вперед, если говорить об эффективности тепловых насосов, то следует стремиться к увеличению протока. Так как в этом случае будет ниже дельта температур между подачей и обраткой. Низкая дельта температур снижает нагрузку на компрессор, что повышает эффективность работы теплового насоса. Поэтому всегда нужно добиваться максимального объема прокачиваемой жидкости. Причем ъотел бы отметить, что объем прокачиваемой воды желательно увеличивать не за счет скорости, а за счет объема, то есть увеличения сечения труб. Нужно учитвыать, что при большой скорости движения теплоносителя в системе наинается неприятный эффект «свитстящих» труб.

Какая мощность воздушного теплового насоса нужна для отопления дома?

Изначально для отопления мы использовали только воздушный тепловой насос. Два года он работал, на нем проводились разные тестирования под собственные условия, перепрошивали контроллер и выполняли другие работы. Но в морозы его было недостаточно, так как он при низких температурах (ниже -8 градусов) выдавал на то время около 3 кВт, что для дома в 220 квадратных метров недостаточно.

В параллель к воздушному тепловому насосу стоит электрический котел на 5 кВт, который управляется через контроллер. Он включается во время оттаек, догревает систему при необходимости и является необходимым устройством для перестраховки.

Контроллер воздушного теплового насоса и устройство системы отопления

На данной фотографии изображен общий вид. Как видно, здесь у нас запитаны все этажи. На каждый этаж стоят свои отдельные коллекторы, и каждый этаж снабжен своим циркуляционным насосом.

На текущий момент осмотра у нас следующие показатели, при температуре на улице -2 градуса: 15 градусов дельта, црикуляция 6 литров в час, потребление 1,7 кВт. Получается COP порядка 3-х, что очень даже неплохой результат. Но сейчас температура завышенная, обычно температура отопления около 30-35 градусов, так как дом хорошо утеплен и в полах достаточно температуры 27-30 градусов для того, чтобы в доме была температура в среднем 24-25 градусов.

Тепловой насос в помещениях с большим количеством окон и большими теплопотерями

В нашем доме таким помещением является зимний сад. Он тоже полностью отапливается с помощью тепловых насосов. Как ранее и говорили, на каждом этаже стоит свой коллектор.

Как видно на фотографии, здесь на коллекторе запитан фан-койл водяной. Отличие его в том, что он именно водяной, а не фреоновый. С помощью пульта программируется время работы и уровень температуры. И за счет того, что он такой переразмеренный, достаточно температуры в 30 градусов, чтобы поддерживать 20-27 градусов в зимнем саду всю зиму.

Геотермальный тепловой насос

В самом начале было сказано, что у нас в доме установлено два типа тепловых насосов: воздушный и геотермальный. Как так получилось? Да очень просто. Спустя два года после устанвоки воздушного теплового насоса решили подводить воду в дом, пробурили скважину. На редкость она оказалась щедрой, воды очень много, она чистая и теплая, +8-9 градусов круглый год. На основании этого появилась идея сделать геотермальный тепловой насос, который будет отапливать дом.

Теперь у нас при температуре до +5 градусов используется воздушный тепловой насос, а когда наступают холода, начинаем использовать геотермальный тепловой насос. Получается, что первый используется четыре месяца в году, а второй – пять месяцев в году. Работают они вместе слаженно, без высоких нагрузок на каждый насос, дом отапливается хорошо и стабильно без помощи электрокотла.

Какие недостатки у геотермального теплового насоса?

У геотермального теплового насоса есть один существенный недостаток — монтаж и высокая общая стоимость. Но из плюсов – эффективность, которая однозначно в 2 раза выше в среднем за сезон, относительно воздушного насоса.

У нашего геотермального насоса коэффициент преобразования (COP) получается 3,6-3,8, с учетом подъема воды с 26 метров, у воздушного средний за год – около 2-х. Но при температуре +5-10 градусов воздушный выдает коэффициент порядка 3,5-4, что очень эффективно позволяет его использовать в таких условиях.

Особенности установки геотермального теплового насоса

Конкретно у нас установлена отсрочка по времени для запуска теплового насоса, чтобы дать воде пройти через теплообменник, так как в ином случае она может замерзнуть. Плюс установлен частотник для плавного пуска геотермального насоса, на 42 герца.

Тепловой насос и батареи

Многие клиенты задаются вопросом: нужно ли устанавливать тепловой насос, если в доме, который плохо утеплен, есть батареи?

Теоретически тепловой насос в такие дома установить можно, но делать это не желательно. Как правило, температура подачи в такие системы отопления составляет около 60 градусов по Цельсию, но для теплового насоса это неэффективный режим, потому что в этом случае COP заметно снижается. Оптимальная температура для работы насоса – это 40-45 градусов. Если получается сделать еще ниже данной температуры – еще лучше.

Эффективность теплового насоса прямо пропорциональна отбираемой температуре: чем холоднее на улице, чем холоднее низкопотенциальный источник температуры, тем выше мы греем, тем коэффициент преобразорвания теплового насоса будет ниже. Физику не обмануть, а вот клиента обмануть можно, рассказывая о нереально больших значениях COP при любых условиях.

Контроллер управления геотермальным тепловым насосом

Ранее мы уже говорили, что после того, как пробурили скважину, появилась идея сделать геотермальный тепловой насос. Но у вас же только одна скважина — скажите вы. Ведь нельзя же в нее сливать воду теплового насоса, так как можно заморозить скважину. Это верно, но нам повезло, так как рядом есть маленький ручей прямо перед домом. Получается, вода приходит с температурой +8-9 градусов, а сброс у нас в ручей с температурой воды +6-7 градусов.

Два градуса разницы есть из-за большого протока, так как насос, который стоит в скважине, очень мощный. Можно, конечно, и больше снимать воды, но нужно и дом чем-то снабжать, а два насоса в одну скважину не поставишь. Скважина глубокая, но поднимать воду все равно необходимо, поэтому в этом случае работа происходит несколько в ущерб коэффициенту преобразования, но в итоговом результате получаем все равно эффективную и экономную систему.

Потребляет такой насос на 42 герцах 3,3 кВт и выдает 12 кВт по теплу. С учетом подъема воды КОП равен примерно 3,3-3,7.

Данный насос был включен в октябре, на отопление дома в 220 квадратных метров расходуется 600 ватт в час. При стоимости кВт, равного 5 рублям, получается расход в сутки 70 рублей и 2000 рублей в месяц соответственно. Но когда будут морозы, как уже показал опыт прошлых лет, в самый сильный мороз такой насос может расходовать до 4000 рублей в месяц. Исходя из этих данных каждый может рассчитать, какая экономия будет для его дома.

Вывод: эффективен ли тепловой насос?

Сегодня мы постарались максимально подробно Вам рассказть об устройстве тепловых насосов и их эффективности. Насколько нужна эта технология — решать Вам, а мы свое решение уже приняли 🙂

Купить тепловой насос

Ну а мы, как большие любители тепловых насосов, конечно, предлагаем услуги по установке воздушных и геотермальных тепловых насосов под ключ. Конечно, нельзя сказать точные цены и сроки для каждого объекта, поэтому здесь приведены ориентировочные цены.

сравнить

Закрыть