Тепловые насосы для отопления дома принцип действия. Принцип работы теплового насоса

Тепловые насосы для отопления дома принцип действия. Принцип работы теплового насоса

Принцип действия тепловых насосов основан на способности вещества (хладагента) поглощать или отдавать тепло при изменении агрегатного состояния. По своей сути такие насосы мало чем отличаются от холодильных установок. (Это странное, на первый взгляд, утверждение нисколько вас не удивит, если вы хоть раз дотрагивались до горячей задней стенки обычного бытового холодильника.)

Схематично тепловой насос может быть представлен в виде системы, состоящей из трех контуров. В первом находится теплоноситель, переносящий энергию от источника низкопотенциального тепла. Во втором контуре циркулирует хладагент (фреон), который периодически то испаряется, отбирая тепло у первого контура, то вновь конденсируется, отдавая его третьему контуру. И, наконец, по третьему контуру «бегает» теплоприемник, в нашем случае – вода, переносящая тепло по системе отопления.

Рабочий цикл теплонасоса в общих словах может быть описан следующим образом. Жидкий хладагент поступает в испаритель, где переходит в газообразное состояние. Необходимая для протекания этого процесса энергия отбирается у теплоносителя, циркулирующего в первом контуре. Далее подогретый на несколько градусов газообразный хладагент всасывается в компрессор, главное назначение которого – сжатие газа (на совершение этой работы, разумеется, расходуется электроэнергия).

Давление газа возрастает в несколько раз, при этом он существенно разогревается: если на входе в компрессор температура хладагента составляет 6-10°C, то на выходе уже около 60°C. На следующей стадии разогретый газ направляется в конденсатор, где отдает полученное тепло системе отопления, сам же при этом конденсируется, т.е. переходит в жидкое состояние. Затем избыточное давление сбрасывается с помощью дроссельного клапана, и цикл начинается заново.

Как видите, устройство теплового насоса не отличается принципиально от устройства холодильной машины. Просто основным назначением холодильных установок является генерирование холода, поэтому там отбор теплоты производится испарителем, а конденсатор лишь сбрасывает эту теплоту в окружающее пространство. В тепловом же насосе картина обратная: конденсатор представляет собой теплообменный аппарат, отдающий теплоту потребителю, а испаритель – это теплообменник, утилизирующий низкопотенциальную теплоту вторичных энергоресурсов.

Другими словами тепловой насос – это «холодильник наоборот». При этом «наоборот» не только устройство, но и результат. Если в случае холодильника тепло, отнимаемое у хранящихся внутри продуктов, выбрасывается впустую, то энергия, вырабатываемая тепловым насосом, приносит реальную пользу – тратится на целенаправленный обогрев дома.

Тепловой насос своими руками. Немного теории

Использовать природное тепло земли для обогрева жилья проще всего при наличии в регионе геотермальных вод (как это делают в Исландии). Но такие условия большая редкость.

И в то же время тепловая энергия есть везде — надо только ее извлечь и заставить работать. Для этого и служит тепловой насос. Что он делает:

• отбирает энергию у низкотемпературных природных источников;
• аккумулирует ее, то есть поднимает температуру до высоких значений;
• отдает ее теплоносителю системы отопления .

В принципе, используется стандартная схема компрессорного холодильника, но «наоборот». В первом контуре циркулирует природный теплоноситель. Он замкнут на теплообменник, выполняющий функцию испарителя для второго контура.

1 — земля; 2 — циркуляция рассола; 3 — циркуляционный насос; 4 — испаритель; 5 — компрессор; 6 — конденсатор; 7 — система отопления; 8 — хладагент; 9 — дроссель

Второй контур — это и есть сам тепловой насос, внутри которого находится фреон. Цикл теплового насоса состоит из следующих этапов:

1. В испарителе фреон нагревается до температуры кипения. Она зависит от типа фреона и давления в этой части системы (обычно до 5 атмосфер).
2. В газообразном состоянии фреон поступает в компрессор и сжимается до 25 атмосфер, при этом его температура растет (чем больше сжатие, тем выше температура). Это и есть фаза аккумуляции тепла — из большого объема с низкой температурой переход в малый объем с высокой температурой.
3. Нагретый давлением газ поступает в конденсатор, в котором происходит передача тепла теплоносителю системы отопления.
4. После охлаждения фреон попадает в дроссель (он же регулятор потока или терморегулирующий вентиль). В нем давление падает, фреон конденсируется и в виде жидкости возвращается в испаритель.

Как сделать отопление в частном доме правильно самому без насоса. Характеристика гравитационного отопления

Для монтажа парового отопления требуется печь, котёл, в котором находится вода, парогенератор, трубы и радиаторы, которые являются приборами обогрева, и устанавливаются непосредственно в помещениях. Под воздействием тепла вода начинает закипать, превращаясь в пар.

Пар под давлением поступает в систему, где отдаёт своё тепло и охлаждается, превращаясь в конденсат. Конденсат под действием гравитации возвращается по отдельной трубе обратно в котёл. Теплоноситель циркулирует в закрытой системе.

Чтобы жидкость поступала в котёл, а не оставалась в радиаторах, отвод устанавливают под определённым наклоном. Циркуляционного насоса в этом случае не требуется. Его работу выполняет гравитация.

1. Для обогрева хозяйственных построек или небольших складских помещений используют одноконтурную схему отопления. Конденсат, который образуется в трубе, возвращается по ней же обратно в котёл. Отдельного отвода для жидкости не предусматривают. Преимущество данной схемы состоит в том, что оборудование несложное, радиаторов можно не устанавливать, отводы отсутствуют.
2. В частных домах или в небольших коттеджах устанавливают двухконтурную схему отопления. Пар подаётся по трубам в радиаторы, где происходит его охлаждение. Внизу от каждого радиатора отходит обратная труба. Через неё конденсат поступает в топку. Это горячая вода, которую можно использовать для хозяйственных нужд.
3. Для отопления большого коттеджа, в котором располагается много комнат, используют коллекторную схему обогрева. Пар из котла проходит в коллектор, где распределяется по отводным трубам, ведущим к радиаторам. Для сбора конденсата выстраивают определённую систему коллекторов. Отвод монтируют под наклоном.

Для жилых помещений выстраивают паровое отопление без насоса низкого давления. На трубы приходится нагрузка 100-170 кг/м2. Более безопасной является вакуумно-паровая схема монтажа, но она требует определённого оборудования, которое создаёт в магистрали разряжение воздуха. Давление пара снижается до 100 кг/м2. При этом эффективность обогрева остаётся на высоком уровне.

При монтаже системы отопления необходимо предусмотреть некоторые моменты. Котёл располагают ниже труб, которые образуют магистраль. Для обратной трубы, по которой проходит конденсат, рассчитывают определённый уклон. Оптимальные значения 1 градус/погонный метр: 1 мм/м.

Некоторые схемы не требуют ни котла, ни системы труб. В каждый радиатор устанавливают трубку Гравера. В ней находится теплоноситель, вода или газ. Источником тепла служат электрические ТЭНы, которые устанавливаются на каждый радиатор. Жидкость нагревается вначале трубки и остывает в конце, преобразуясь в конденсат. Жидкость возвращается в начало, к нагревателю. Цикл повторяется.

Методика с использованием трубки Гравера эффективна и безопасна. Система не требует сложного монтажа. Недостаток схемы состоит в том, что обогрев полностью зависит от электричества. Для владельца дома это может стать существенной финансовой нагрузкой.

Отопление дома самый экономный способ. Причины в пользу выбора электрических обогревателей

Твердотопливные котлы с водяным контуром требуют немалых затрат на прокладку трубопровода, покупку дополнительных элементов для обеспечения ускоренной циркуляции и прочее. Расходы на приобретение основных и дополнительных элементов, монтаж схемы сопоставимы с затратами на обслуживание электрообогревателей.

Вот еще несколько причин в пользу выбора электроприборов:

1. Оборудование работает без шума, не требует ресурсов в виде угля, дров и жидкого топлива. Электрические агрегаты в процессе эксплуатации не выделяют вредных газов, поэтому считаются экологически чистыми и не требуют формирования трубы дымохода.
2. Монтаж не отличается сложностью. Затраты хоть и значительные, но разовые. Также для формирования водного контура нужно покупать все основные и дополнительные элементы – трубы, котел, запорную арматуру, расширительный бак, приборы регулировки, контроля. А в случае с электроприборами, агрегаты покупаются по мере накопления средств, систему можно оборудовать постепенно, устанавливая схему в каждой комнате.
3. Электрические агрегаты позволяют неплохо сэкономить на обслуживании. Вложения на приборы контроля, регулировки окупаются в течение первых лет эксплуатации. Если установить двухтарифный счетчик и солнечные батареи, то затраты на получение тепла будут значительно снижены.
4. Подключить бойлер, коллектор сможет мастер с минимальным опытом владения инструментом. Не придется вызывать мастера, а также не требуются разрешительные документы.

Видео тепловой насос: устройство и принцип работы