Тепловой насос — это устройство, которое не вырабатывает тепло, а переносит его снаружи в дом: из уличного воздуха, грунта или воды. Внутри циркулирует хладагент: на улице он испаряется и забирает тепло, а после сжатия компрессором отдаёт его внутри. Поэтому на 1 кВт затраченного электричества приходится 3–5 кВт тепла. Ниже — из каких компонентов состоит система и как именно она работает; историю изобретения оставили в первом разделе.
Преимущества и недостатки тепловых насосов
Перед тем, как принять решение о покупке системы с тепловым насосом, необходимо ознакомиться со всеми ее преимуществами и недостатками
Тепловые насосы имеют множество преимуществ, которые помогают существенно уменьшить денежные затраты для домовладельцев. Но в то же время есть некоторые проблемы, которые необходимо учитывать
-
Снижение эксплуатационных расходов. Тепловые насосы дешевле в эксплуатации, чем системы, основанные на сжигании. Чем более энергоэффективны системы, тем больше экономия энергии в долгосрочной перспективе.
-
Уменьшение технического обслуживания. Регулярно, раз в год, определенные детали системы должны проверяться, что может быть легко выполнено собственно потребителем. Специалист должен проверять оборудование ежегодно.
-
Безопасность. Тепловые насосы имеют надежную конструкцию и герметичный корпус, что обеспечивает их полную безопасность для пользователей, в отличие от котлов со сжиганием газа, угля, дров.
-
Сокращение выбросов. Система теплового насоса снижает выбросы углекислого газа и обеспечивает высокий уровень эффективного коэффициента преобразования энергии в тепло.
-
Возможность охлаждения.В жаркое время года тепловые насосы способны обратить процесс вспять и, таким образом, действовать как кондиционер на охлаждение помещений.
-
Долгий срок службы. Срок службы тепловых насосов относительно велик, до 50 лет, однако в среднем они рассчитаны на 15-20 лет. Несмотря на эти цифры, они исключительно надежным и устойчивым источником тепла.
-
Высокая первоначальная стоимость.Тепловые насосы имеют большие начальные затраты только в проектах по модернизации. Но в большинстве случаев при новом строительстве котельная система отопления и стоимость кондиционеров на объекте равны стоимости теплового насоса, выполняющего обе функции – отопление и охлаждение. Правда, даже при модернизации, если рассматривать вопрос в долгосрочной перспективе, то картина не так плачевна. Эксплуатационные расходы в результате приводят к устойчивой экономии на счетах за электроэнергию.
-
Сложность монтажа.Тепловые насосы достаточно сложно установить, учитывая, что необходимо провести исследование, чтобы понять движение тепла, местную геологию, а также требования к отоплению и охлаждению пользователя. Также процесс установки влечет значительное нарушение работы и целостности самого дома и прилегающей территории. Поэтому вопрос установки геотермальной системы рекомендуется задумываться еще на начальном этапе строительства дома. Но при установке теплового насоса типа воздух-вода или воздух-воздух никаких ограничений нет. Такие тепловые насосы легко интегрируются в любое помещение и дома. Установка современного теплового насоса не многим сложнее установки сплит-кондиционера.
-
В зависимости от погодных условий.Некоторые тепловые насосы имеют проблемы при работе в холодных районах, что часто приводит к повреждению системы. Именно поэтому нет возможности добиться полной эффективности подобных агрегатов в холодную погоду. Такая проблема может быть решена путем модернизации установки. Но в климатических условиях Украины такими ограничениями можно нивелировать, установив современный тепловой насос. Есть модели оборудования, которые теряют свою номинальную тепловую мощность только при температуре внешней среды -15 °C. Есть модели, сохраняющие свою номинальную тепловую мощность даже при -20 °C.
Покупать или нет?
Преимущества тепловых насосов указывают на то, что они являются разумной инвестицией в долгосрочной перспективе. Значительная экономия на электроэнергии, использование альтернативных источников энергии, безопасность и долгосрочность системы указывают на то, что первоначальная стоимость в будущем полностью окупится.
Удобство использования, полная автоматизация и управление удаленно, работа в режиме охлаждения, обеспечение ГВС и очень экономный нагрев бассейна — это то, почему более половины новых строительных проектов выбирают тепловые насосы как «инженерное сердце» нового объекта.
Компоненты теплового насоса
- Холодоагент. Жидкость (или газ), которая циркулирует по системе, попеременно поглощая, транспортируя и выделяя тепло.
- Реверсивный клапан. Регулирует направление потока хладагента в тепловом насосе, меняет режим с нагрева на охлаждение и наоборот.
- Теплообменник. Представляет собой петлю (или несколько петель) трубки, где происходит теплопередача. Трубка может иметь ребра, которые устанавливают для увеличения площади поверхности, доступной для теплообмена.
- Испаритель. Змеевик, в котором хладагент поглощает тепло из окружающей среды, закипает и превращается в газ с низкой температурой.
- Компрессор. Нагнетает газообразный хладагент, увеличивая при этом его температуру.
- Конденсатор. Змеевик, в котором хладагент отдает тепло наружного воздуха и конденсируется.
- Расширительный клапан. Устройство снижает давление, создаваемое компрессором. Это приводит к падению температуры и превращению хладагента в низкотемпературную смесь пара с жидкостью.
- Камера статического давления. Это воздушный отсек, который служит для распределения холодного или теплого воздуха по площади всего дома. Обычно он находится над или вокруг теплообменника.
Как работает тепловой насос
Тепловой насос — это универсальная, эффективная система охлаждения и отопления. Благодаря реверсивному клапану тепловой насос может изменять поток хладагента и нагревать или охлаждать дом
Воздух продувается через змеевик испарителя, передавая тепловую энергию хладагенту. Эта тепловая энергия циркулирует в хладагенте в змеевике конденсатора, где она выделяется, когда вентилятор обдувает воздух через змеевик. Благодаря этому процессу тепло перекачивается из одного места в другое.
Режим охлаждения
Одна из наиболее важных вещей, которые нужно понять о работе теплового насоса и процессе передачи тепла, заключается в следующем. Тепловая энергия естественным путем всегда перемещается в области с более низкими температурой и давлением. Тепловые насосы, полагаясь на это физическое явление, позволяют теплу контактировать с более прохладными средами и более низким давлением, чтобы тепло могло передаваться естественным образом. Последовательность работы теплового насоса в режиме охлаждения имеет следующую схему.
- Шаг 1
Жидкий холодильный агент перекачивается через расширительное устройство на внутреннем теплообменнике, который функционирует как испаритель. Воздух изнутри дома продувается через змеевики, где тепловая энергия поглощается хладагентом. Вследствие поглощения он нагревается и переходит в газообразное состояние. В результате холодный воздух поступает в помещение.
- Шаг 2
Газообразный теплоноситель теперь проходит через компрессор, который его нагнетает (сжимает). Процесс повышения давления газа вызывает его нагрев (физическое свойство сжатых газов). Горячий сжатый хладагент проходит через систему к змеевику (теплообменнику) наружного блока.
- Шаг 3
Вентилятор в наружном блоке перемещает наружный воздух через теплообменник, который служат в качестве конденсатора в режиме охлаждения. Поскольку воздух снаружи дома холоднее, чем хладагент с горячим сжатым газом в змеевике, тепло передается от хладагента к наружному воздуху. Во время этого процесса теплоноситель конденсируется обратно в жидкое состояние (охлаждается). В теплом жидком состоянии он прокачивается через систему к расширительному клапану на внутренний блок.
- Шаг 4
Расширительный клапан снижает давление теплоносителя, что значительно его охлаждает. Затем хладагент обратно перекачивается в змеевик испарителя во внутренний блок, и цикл начинается снова.
Режим отопления
Тепловой насос в режиме обогрева работает так же, как и в режиме охлаждения, за исключением того, что поток хладагента реверсивно меняет направление. Это означает, что источником нагрева становится наружный воздух (даже при низкой температуре), а тепловая энергия выделяется внутри дома. Внешний теплообменник теперь выполняет функцию испарителя, а внутренний — конденсатора.
Физика процесса одинакова. Тепловая энергия поглощается в наружном блоке холодным хладагентом в жидком состоянии, превращая его в холодный газ. Затем в компрессоре он сжимается и нагревается. Горячий газ охлаждается во внутреннем блоке, нагревая воздух и конденсируя газ до теплой жидкости. Теплый хладагент постепенно охлаждается, поступает в наружный блок, и цикл возобновляется.
Типов тепловых насосов три — воздух-воздух, воздух-вода и грунт-вода. Они различаются источником тепла, эффективностью (SCOP) и тем, греют ли воду. Сравнительная таблица с мощностями и назначением каждого типа — в отдельном материале какой тепловой насос выбрать для дома.
Итоги
Тепловой насос создан для обеспечения круглогодичного комфорта и постоянной экономии энергоресурсов. Именно по этой причине современные сверхэффективные тепловые насосы будут отличным выбором для всех, кому нужно универсальное решение для отопления и охлаждения.
Наши специалисты готовы предложить инженерное решение по тепловым насосам, которое максимально подходит под ваши задачи и бюджет.