Виды тепловых насосов

В последние годы тепловые насосы пользуются повышенным спросом как источник альтернативной тепловой энергии, позволяющий получать действительно дешевое тепло, не загрязняя при этом окружающую среду. Тепловой насос способен обеспечить вашему дому, офису или производственному помещению отопление зимой, охлаждение летом и производство горячей воды круглый год.

Принцип действия теплового насоса:

Тепловой насос – это система, с помощью которой можно переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, увеличивая температуру последнего. Принцип работы
теплового насоса очень напоминает по своей сути работу холодильника. В то время как холодильник отводит тепловую энергию и направляет ее наружу, то есть из внутренней части холодильника ( внутри холодильника холодно, а снаружи конденсатор горячий ), тепловой насос делает наоборот: он забирает тепловую энергию от окружающей среды за пределами помещения и преобразует ее в полезную для отопления. Принцип действия теплового насоса основан на том факте, что любое тело с температурой выше абсолютного нуля ( — 273,15 °С ) обладает запасом тепловой энергии, а так как согласно закону термодинамике достичь температуры абсолютного нуля не может ни одно физическое тело, запасы тепла – бесконечны.

Конструктивно любой тепловой насос состоит из двух частей: наружной, которая «забирает» тепло возобновляемых источников ( воздух, вода, земля ) , и внутренней, которая отдает это тепло в систему отопления или кондиционирования вашего дома. Современные тепловые насосы отличаются высокой энергоэффективностью, что в практическом плане означает следующее — потребитель, т.е. владелец дома, используя тепловой насос, тратит на обогрев или охлаждение своего жилища, в среднем, всего четверть тех денег, которые он потратил бы, если теплового насоса не было.

Иначе говоря, в системе с тепловым насосом 75% полезного тепла (или холода) обеспечивается за счет бесплатных источников — тепла земли, грунтовых вод или нагретого в помещениях и выбрасываемого на улицу использованного воздуха.

По виду передачи энергии тепловые насосы бывают двух типов:

Компрессионные: Основные элементы установки – это компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Используется цикл сжимания-расширения теплоносителя с выделением тепла. Этот тип тепловых насосов прост, высокоэффективен и наиболее популярен.

Абсорбционные: Это теплонасосы нового поколения, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон. Применение абсорбента повышает эффективность работы теплового насоса.

По источнику тепла выделяют тепловые насосы:

Геотермальные: Тепловая энергия берется из грунта или воды.

Воздушные: Тепло извлекается из атмосферы.

Использующие вторичное тепло: В качестве источника тепла используются воздух, вода, канализационные стоки. Подобный вариант является наиболее целесообразным для промышленных объектов, где есть источники паразитной теплоты, которая требует утилизации.

По виду теплоносителя входного/выходного контура:

Тепловые насосы «воздух-воздух»: Этот вид тепловых насосов забирает тепло у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, и отдает его в отапливаемое помещение.

Тепловые насосы «вода-вода»: Используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для отопления и горячего водоснабжения.

Тепловые насосы «вода-воздух»: Используются зонды или скважины для воды и воздушная система отопления.

Тепловые насосы «воздух-вода»: Атмосферное тепло используется для водяного отопления.

Тепловые насосы «грунт-вода»: Трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта.

Тепловые насосы «лед-вода»: Для нагревания воды в системе отопления и горячего водоснабжения используется тепловая энергия, которая высвобождается при получении льда. Замораживание 100-200 л воды способно обеспечить обогрев среднего дома в течение часа.

Расчет эффективности тепловых насосов для отопления:

Для того чтобы тепловой насос был эффективным, он должен давать тепловой энергии больше, чем потреблять электрической. Это соотношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может меняться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Чем холоднее снаружи, тем менее эффективна система. Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может варьироваться от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса требуется дополнительный параметр годовой эффективности.

Эффективность конкретного теплового насоса будет зависеть от множества факторов, и ее расчет достаточно сложен. Дать обобщенную формулу, которая бы работала всегда, практически невозможно. Поэтому каждый конкретный случай требует обращения к экспертам, которые в зависимости от поставленной задачи и ее условий подберут необходимый тип теплового насоса и объем хладагента. Сферы применения и степень распространения.

Сферы применения и степень распространения:

Тепловые насосы востребованы прежде всего в случаях, когда другие способы организации системы отопления обходятся значительно дороже. Растущая распространенность тепловых насосов на производстве и в быту связана со следующими их преимуществами:

• Экономичность. Для передачи в отопительную систему 1 кВт•ч тепловой энергии, установке требуется в среднем затратить всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
• Простота эксплуатации.
• Упрощение требований к системам вентиляции помещений, повышение уровня пожарной безопасности.
• Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования.
• Компактность и бесшумность , что делает тепловой насос привлекательным для отопления частного дома.

По оценке Мирового энергетического комитета, уже в ближайшие пять лет доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов будет составлять в развитых странах не менее 75%.

Общий недостаток тепловых насосов – не очень высокая температура нагреваемой воды. Как правило, она составляет 50-60 o С.

Из всего вышесказанного можно сделать однозначный вывод: использование тепловых насосов – это эффективное, простое в монтаже, экологичное и экономичное решение для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме, офисе или на промышленном объекте.

Поэтому если вы решили качественно модернизировать или построить с нуля энегроэффективную систему отопления, горячего водоснабжения или кондиционирования, тогда тепловой насос это именно то что вам нужно. Других достойных альтернатив просто не существует.

Помните! Первое что вам необходимо сделать при выборе теплового насоса, это решить какой тип насоса лучше всего подойдет для ваших целей. Точнее, какой источник тепла наиболее рационально и экономически выгодно применить для вашего проекта: Воздух, Вода или Грунт.

Классификация тепловых насосов

Статья

15. 11.2021

Ввиду постоянного роста цен на газ и электричество все больше внимания уделяется альтернативным источникам энергии. В частном домостроении широкое распространение получили Тепловые насосы – системы, позволяющие организовать обогрев дома зимой, кондиционирование летом и поставку горячей воды.

Тепловые насосы – очень экологичное и экономичное оборудование. Во время работы они используют возобновляемые природные ресурсы, что важно для экологии. И позволяют снизить затраты на обогрев дома в 2,5–3 раза по сравнению с применением электрического отопления. К плюсам также можно отнести полную автономность и в большинстве случаев несложный монтаж.

В этой статье мы расскажем о видах тепловых насосов и особенностях их монтажа и эксплуатации.

Тепловые насосы отличаются друг от друга тем, откуда они забирают тепло и куда его отдают. Эти устройства самостоятельно не производят тепло, а только переносят его. Их коэффициент преобразования энергии больше 1, то есть тепловые насосы всегда отдают тепла больше, чем потребляют из сети.

В зависимости от технологии забора и перенаправления энергии выделяют следующие виды тепловых насосов:

Тепловой насос «воздух-воздух»

Конструктивно такой тепловой насос очень похож на обычный кондиционер, разница лишь в том, что он оптимизирован для работы в холодный период времени. Устройство хорошо справляется со своими задачами при температуре до −30 °С, поэтому может применяться в регионах с холодной зимой. Но для условий Крайнего Севера не подойдет.

Используемый источник энергии – атмосферный воздух. То есть наружный блок теплового насоса берет воздух с улицы и извлекает из него тепло за счет испарения фреона. Хладагент в газообразном состоянии попадает в компрессор, где под давлением нагревается. Затем тепло переходит в конденсатор внутреннего блока, через который попадает в помещение.

Тепловой насос «воздух-воздух» работает и на обогрев, и на охлаждение. Имеет невысокую стоимость и может быть установлен за один день. Отлично подходит для небольших помещений, но для полноценного отопления просторного дома в каждой комнате придется монтировать внутренний блок и воздуховоды.

Минус в том, что эта система не позволяет организовать горячее водоснабжение. Поэтому ее чаще всего выбирают для отопления дачных домов и коттеджей с сезонным проживанием.

Тепловой насос «воздух-вода»

Принцип действия этой системы аналогичен предыдущему виду. Разница лишь в том, что греется не воздух в помещении, а вода, точнее жидкий теплоноситель, который подается в контур отопления дома. Помещения обогреваются с помощью конвекторов и радиаторов, также можно монтировать «теплый пол» или «теплые стены», установить бойлеры для подогрева воды.

Главный плюс системы – возможность организовать горячее водоснабжение. Минус в том, что при отрицательных температурах эффективность работы системы существенно снижается, а при −30 °С использовать ее уже нельзя. Поэтому тепловые насосы «воздух-вода» применяются преимущественно в регионах с теплым климатом, в средней полосе их чаще всего комбинируют с другими типами отопительного оборудования.

Тепловой насос «вода-вода»

Более сложная система, которую принято называть геотермальной. Отбор тепла производится от жидкого теплоносителя, циркулирующего по трубам, расположенным в земле или водоеме, и передается в систему водяного отопления дома.

Есть несколько способов организации подобной системы:

Вертикальная геотермальная система экономно расходует пространство участка, так как монтаж производится вглубь. Но работы по ее обустройству обходятся недешево: требуются геологические изыскания и применение специализированной буровой техники. В горных регионах использовать такую систему не получится – бурение в скальных породах сопряжено с большими трудностями.

Для промышленных предприятий или многоквартирных домов обустройство такой системы можно совместить с прокладкой водопровода или канализации. В частном домостроении придется специально нанимать дорогостоящую технику и отводить под систему большую территорию участка (около 4 соток). Летом на этом месте растения будут плохо развиваться из-за вымораживания грунта. Другими словами, огород над коллектором не разведешь. Для дачного участка 6 соток, где ценен каждый квадратный метр, это большая проблема. Так что горизонтальная геотермальная система – не лучший вариант для небольших частных домовладений.

Комбинированная система

Предполагает установку на улице теплового насоса, который выглядит как наружный блок обычной сплит-системы. Он подключается к водяному контуру отопления дома и к классическому кондиционеру, который может использоваться для обогрева и охлаждения воздуха в доме.

В такой системе источником тепла является атмосферный воздух, при этом нагревается и вода, и воздух внутри помещения. Комбинированная система сложнее в организации, чем классические системы «воздух-воздух» и «воздух-вода», но позволяет одновременно обеспечить отопление, нагрев воды и кондиционирование воздуха в доме.

Главный плюс такой системы – удобство. Вместо классических радиаторов в комнатах монтируются схожие по дизайну фанкойлы, в которых в качестве теплоносителей используется вода. В контур подключается тепловой насос, и через фанкойлы зимой в помещения поступает теплый воздух, а летом прохладный, то есть микроклимат в доме регулируется круглый год.

Тепловые насосы – хорошая альтернатива традиционным системам отопления. Они абсолютно безопасны для человека и окружающей среды, просты в использовании и очень экономичны. Для разных условий эксплуатации можно подобрать оптимальный вид оборудования.

В некоторых случаях использование теплового насоса оказывается единственно возможным и экономически оправданным решением. Прежде всего речь идет об участках, удаленных от магистрального газопровода, а также о постройках небольшой площади, домах в гористой местности и районах с теплым климатом.

В компании «Хиконикс» в широком разнообразии представлены экономичные и простые в монтаже тепловые насосы «воздух-воздух» и «воздух-вода». Поставки доступны в любой регион России.

Системы тепловых насосов | Министерство энергетики

Энергосбережение

Изображение

Тепловые насосы представляют собой энергоэффективную альтернативу печам и кондиционерам для всех климатических условий. Как и ваш холодильник, тепловые насосы используют электричество для передачи тепла из прохладного помещения в теплое, делая прохладное помещение более прохладным, а теплое – теплее. Во время отопительного сезона тепловые насосы переносят тепло из прохладной улицы в ваш теплый дом. В сезон охлаждения тепловые насосы переносят тепло из вашего дома на улицу. Поскольку они передают тепло, а не производят тепло, тепловые насосы могут эффективно обеспечивать комфортную температуру для вашего дома.

Канальные воздушные тепловые насосы

Существует три основных типа тепловых насосов, соединенных воздуховодами: воздух-воздух, водяной и геотермальный. Они собирают тепло из воздуха, воды или земли за пределами вашего дома и концентрируют его для использования внутри.

Изображение

Наиболее распространенным типом теплового насоса является воздушный тепловой насос, который передает тепло между вашим домом и наружным воздухом. Современный тепловой насос может снизить потребление электроэнергии для отопления примерно на 50% по сравнению с электрическим нагревом сопротивления, таким как печи и плинтусные обогреватели. Кроме того, высокоэффективные тепловые насосы осушают воздух лучше, чем стандартные центральные кондиционеры, что приводит к меньшему потреблению энергии и более комфортному охлаждению в летние месяцы. Воздушные тепловые насосы использовались в течение многих лет почти во всех частях Соединенных Штатов, но до недавнего времени они не использовались в районах, где длительные периоды отрицательных температур. Однако в последние годы технология теплового насоса с воздушным источником продвинулась настолько, что теперь она предлагает законную альтернативу отоплению помещений в более холодных регионах.

Бесканальные воздушные тепловые насосы

Изображение

Для домов без воздуховодов воздушные тепловые насосы также доступны в версии без воздуховодов, называемой мини-сплит-тепловым насосом. Кроме того, специальный тип воздушного теплового насоса, называемый «чиллером с обратным циклом», генерирует горячую и холодную воду, а не воздух, что позволяет использовать его с системами лучистого обогрева пола в режиме обогрева.

Геотермальные тепловые насосы


Изображение

Геотермальные (наземные или водные) тепловые насосы обеспечивают более высокую эффективность за счет передачи тепла между вашим домом и землей или ближайшим источником воды. Несмотря на то, что установка геотермальных тепловых насосов стоит дороже, они имеют низкие эксплуатационные расходы, поскольку они используют преимущества относительно постоянной температуры грунта или воды. Геотермальные (или геотермальные) тепловые насосы имеют ряд существенных преимуществ. Они могут снизить потребление энергии на 30-60%, контролировать влажность, прочны и надежны и подходят для самых разных домов. Подойдет ли вам геотермальный тепловой насос, будет зависеть от размера вашего участка, грунта и ландшафта. Геотермальные или водяные тепловые насосы могут использоваться в более суровых климатических условиях, чем воздушные тепловые насосы, и клиенты очень довольны этими системами.

Абсорбционные тепловые насосы


Изображение

Относительно новым типом теплового насоса для жилых систем является абсорбционный тепловой насос (АТН), также называемый газовым тепловым насосом. Абсорбционные тепловые насосы используют тепло или тепловую энергию в качестве источника энергии и могут приводиться в действие с помощью самых разных источников тепла, таких как сжигание природного газа, пар, нагретая вода, воздух или вода, нагретая геотермальной энергией, и поэтому отличаются от компрессионных. тепловые насосы, приводимые в действие механической энергией. AHP более сложны и требуют более крупных агрегатов по сравнению с компрессионными тепловыми насосами. Меньшее потребление электроэнергии такими тепловыми насосами связано только с перекачкой жидкости.

Дополнительные функции, которые следует искать в тепловом насосе


Ряд инноваций повышает производительность тепловых насосов.

В отличие от стандартных компрессоров, которые могут работать только на полную мощность, двухскоростные компрессоры позволяют тепловым насосам работать с производительностью, близкой к мощности нагрева или охлаждения, необходимой при любой конкретной температуре наружного воздуха, экономя энергию за счет сокращения операций включения/выключения и износа компрессора. Двухскоростные тепловые насосы также хорошо работают с системами зонального контроля. В системах зонального контроля, часто встречающихся в больших домах, используются автоматические заслонки, позволяющие тепловому насосу поддерживать разные температуры в разных комнатах.

Некоторые модели тепловых насосов оснащены двигателями с регулируемой скоростью или двухскоростными двигателями на внутренних вентиляторах (воздуходувках), наружных вентиляторах или на обоих. Регулятор скорости вращения этих вентиляторов поддерживает комфортную скорость движения воздуха, сводя к минимуму холодные сквозняки и максимально экономя электроэнергию. Это также сводит к минимуму шум от вентилятора, работающего на полной скорости.

Некоторые высокоэффективные тепловые насосы оснащены пароохладителем , который восстанавливает отработанное тепло из режима охлаждения теплового насоса и использует его для нагрева воды. Тепловой насос с пароохладителем может нагревать воду в 2-3 раза эффективнее, чем обычный электрический водонагреватель.

Еще одним достижением в технологии тепловых насосов является спиральный компрессор , состоящий из двух спиралевидных спиралей. Один остается неподвижным, а другой вращается вокруг него, сжимая хладагент, нагнетая его во все более мелкие области. По сравнению с типичными поршневыми компрессорами спиральные компрессоры имеют более длительный срок службы и работают тише. По некоторым данным, тепловые насосы со спиральными компрессорами обеспечивают на 10–15 °F (5,6–8,3 °C) более теплый воздух в режиме обогрева по сравнению с существующими тепловыми насосами с поршневыми компрессорами.

Хотя большинство тепловых насосов используют электрические нагреватели сопротивления в качестве резерва в холодную погоду, тепловые насосы также могут быть оснащены газовой печью, иногда называемой двухтопливной или гибридной системой, в дополнение к тепловому насосу. Это помогает решить проблему менее эффективной работы теплового насоса при низких температурах и сократить потребление электроэнергии. Есть несколько производителей тепловых насосов, которые объединяют оба типа тепла в одной коробке, поэтому эти конфигурации часто представляют собой две меньшие, расположенные рядом стандартные системы, использующие один и тот же воздуховод.

По сравнению с печью, работающей на топливе, или стандартным тепловым насосом, этот тип системы также может быть более экономичным. Фактическая экономия энергии зависит от относительной стоимости топлива для сжигания по отношению к электроэнергии.

Несмотря на впечатляющие характеристики тепловых насосов, Министерство энергетики США (DOE) все еще исследует способы сделать тепловые насосы более доступными и эффективными. С этой целью в 2001 году Министерство энергетики США запустило проект Residential Cold Climate Heat Pump Technology Challenge, чтобы ускорить внедрение технологий тепловых насосов для холодного климата.

• Узнать больше
• Ссылки

Системы тепловых насосов


Воздушные тепловые насосы
Узнать больше

Бесканальные мини-сплит-тепловые насосы
Узнать больше

Геотермальные тепловые насосы
Узнать больше

Газоабсорбционный тепловой насос
Узнать больше

Эксплуатация и техническое обслуживание теплового насоса
Узнать больше

Программируемые термостаты
Узнать больше

• Отопление и охлаждение ENERGY STAR

типов и их преимущества и недостатки

Тепловой насос: типы и их преимущества и недостатки

и их плюсы и минусы


Тепловые насосы являются самой популярной системой отопления в новостройках. Тем не менее, только 3,4% частных жилых домов имеют эту систему отопления. Использование в существующих зданиях также имеет смысл, в первую очередь из-за растущей актуальности возобновляемых источников энергии. Но не каждый тепловой насос подходит для каждого здания. Из-за этого стоит взглянуть на преимущества и недостатки различных типов тепловых насосов.

Как работают разные типы тепловых насосов


Система теплового насоса забирает тепло из окружающей среды с помощью хладагента. Доступны синтетические и натуральные экологически чистые хладагенты, такие как вода или пропан. Жидкий хладагент испаряется при низкой температуре. Пар сжимается в электрическом компрессоре, за счет чего повышается его температура.

Газ, который теперь намного теплее, передает свое тепло воде в системе отопления через теплообменник. В процессе он остывает. Хладагент снова становится жидким, расширяется и достигает исходной точки. Цикл начинается сначала. Преобразованная тепловая энергия может быть использована для отопления или для обеспечения горячей водой.

Тепловой насос «воздух-вода» Тепловой насос «рассол-вода» Тепловой насос «вода-вода» Тепловой насос «воздух-воздух»

• Тепловой насос воздух-вода

  1

• Рассольно-водяной тепловой насос

  2

• Тепловой насос вода-вода

  3

• Тепловой насос воздух-воздух

  4

• Тепловой насос воздух-вода
  

  Тепловой насос типа «воздух-вода», также называемый тепловым насосом с источником воздуха, использует наружный воздух в качестве источника энергии. Воздух подвержен большим колебаниям температуры, и, к сожалению, наружная температура обычно самая низкая, когда вам нужно больше всего тепловой энергии, а именно зимой.

  В результате для воздушных тепловых насосов требуется более высокая мощность компрессора. Тем не менее, окружающий воздух может всасываться без каких-либо проблем, что делает этот тип теплового насоса относительно дешевым для покупки и установки.

• Рассольно-водяной тепловой насос
  

  Тепловой насос, работающий от рассола и воды, также известный как геотермальный или геотермальный тепловой насос, получает большую часть энергии из земли. Это можно сделать одним из двух способов.

   

  • Вариант 1: Геотермальные скважинные теплообменники уходят в землю на глубину до 100 м, где температура относительно постоянна и составляет около 12 °C.

   

  • Вариант 2: Другой возможностью является размещение поверхностных коллекторов близко к линии замерзания. Для этого потребуется больше места, но глубокого сверления не требуется. По трубам этих коллекторов течет не чистая вода, а рассол, морозостойкая жидкость.

• Тепловой насос вода-вода
  

  Для использования подземных вод в качестве источника тепла необходимо пробурить две скважины. Вода поднимается по всасывающему колодцу, а возвращается через дренажный колодец.