Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, обзор моделей, их плюсы и минусы

— Легко!

Звучит хорошо? Хорошо. Или неправдоподобно?

Давайте разбираться.

Итак, у Вас есть дом, или дача, и Вы задумались, а чем будет лучше всего отапливать данное строение?

Или нет, Вы построили коробку, ждёте газа, газ «вот-вот проведут», осенью запустили временное отопление. Ну, как же, зима на носу, «повесим-ка во-о-о-о-от такой котел, пока не дали газ».

Прошел первый отопительный сезон, весной Вы подытожили все затраты на электрокотел (или на дизельный?), и пустили слезу сожаления, так как 100-200 тысяч рублей улетели в трубу. Только за первую зиму. И это Вы там еще не жили, только отделочные работы идут

Ранее мы уже разбирали, почему важно считать стоимость отопления будущего дома. Или нет, может быть, у Вас дом в коттеджном поселке

Это же престижно, звучит красиво, да и люди все вокруг приличные! Газ по поселку давно разведен еще девелопером, теперь ждём только подключения («ну вот же, почти»). И так проходит год, два… То проект на стадии подготовки, то акт не подписан, то срок ТУ закончился, и вот уже 3 года все жители ждут этого благословенного голубого топлива, как вдруг приходит информация от председателя:

— Уважаемые соседи, общался с газовиками, нужно скинуться еще по 300 тыс. с участка

Как еще по 300 тысяч? Уже ведь и так скидывались: 400 тысяч, и потом еще 200? Ситуация комичная, но оттого нисколько не менее редкая в Московской области. Поселки ждут газа по 5, по 7 лет, а заинтересованные лица затягивают вопрос, потому что чем больше затягивается вопрос, тем больше люди готовы выложить столько, сколько у них попросят. Ведь пропасть уже вложена и сил, и времени, и денег. Чемодан без ручки — и тащить тяжело, и бросить жалко. Гигантская голубая кормушка.

Вы не задумывались, почему в бедных регионах России подключение газа — это 30 тысяч за-всё-про-всё? С проектом, врезкой и подведением к дому? Потому что там люди НЕ МОГУТ отдать больше. А подмосковные МОГУТ.

Серия высокоэффективных инверторных тепловых насосов для нагрева теплоносителя системы отопления, нагрева горячей воды и охлаждения теплоносителя (опционально).

Такие тепловые насосы подходят для дома с постоянным проживанием, греют горячую воду, а так же имеют запас по мощности.

• Нагрев теплоносителя до 65 градусов.
• Функция Preheating для быстрого нагрева горячей воды.
• Плавная регулировка мощности и отсутствие пусковых токов.
• Режим повышения мощности нагрева на 20% выше номинальной мощности (форсированный режим работы). Применение такого режима даёт запас по мощности.
• Режим снижения мощности нагрева на 50% ниже номинальной для экономии эл. энергии.
• Режим День/Ночь для работы с двухтарифным эл.счётчиком и снижения затрат на обогрев.
• Возможность подключения модуля удалённого доступа для управления со смартфона.
• Возможность подключения функции охлаждения.
• Однофазное и трёхфазное подключение. При необходимости однофазное исполнение до 25 кВт.

Тепловые насосы этой серии обладают самыми широкими возможностями по сравнению с предыдущими моделями.(Smart с англ. — умный). Автоматическая подстройка мощности нагрева под систему отопления, режим «форсировки мощности», возможность комплектации функцией охлаждения/кондиционирования, дистанционным управлением. Работа по расписанию и много чего другого.

За счёт интеллектуальной системы управления эффективнее тепловых насосов серии Simple и имеют самую богатую комплектацию из всего модельного ряда.

Комплектация тепловых насосов серии Smart:

• Контроллер теплового насоса с графическим интерфейсом. Лёгкое управление, полностью на русском языке.
• Промышленный спиральный компрессор Danfoss .
• Высококачественные пластинчатые теплообменники Danfoss выполненные по микроканальной технологии — MPHE.
• Увеличенный теплообменник испарителя для работы в режиме повышенной мощности.
• Преобразователь частоты для управления скоростью компрессора. Использование преобразователя позволяет плавно запускаться компрессору убирая пусковые токи на электросеть дома, а так же изменять производительность компрессора, как ниже номинальной мощности (режим пониженной мощности), так и выше номинала (режим повышенной мощности).
• Функцию управления нагревом санитарной горячей воды (ГВС).
• Встроенный контактор для управления дополнительным нагревателем бойлера (ТЭН бойлера для догрева воды или антибактериальной обработки внутренней поверхности бойлера). 
• Встроенный силовой контактор для управления внешним эл. котлом или вторым источником тепла.
• Встроенные реле и защитные автоматы для подключения внешних циркуляционных насосов геотермального контура, системы отопления, загрузки теплообменника бойлера)
• Дополнительная опция — охлаждение. На этапе сборки в тепловой насос устанавливается реверсивный клапан позволяющий изменять направление движения хладагента. При выборе на панели управления режима «охлаждение», тепловой насос будет охлаждать теплоноситель системы отопления.
• Настройка режимов «День», «Ночь, для работы с двухтарифным учётом эл.энергии, а так же режим «ЭКОном» для поддержания пониженной температуры в доме при отсутствии людей.
• Дополнительная опция — дистанционное управление системой отопления.  

Тепловые насосы EnergyLEX Smart HT. 

Основные характеристики

При выборе модели ТН следует учитывать:

• выходную тепловую мощность;
• коэффициент трансформации тепловых насосов;
• условный кпд;
• годовую эффективность и издержки.

Выходная мощность

При создании нового проекта дома учитывают его потребности в тепле с учетом конструктивных особенностей материалов, создающих теплопотери через стены, окна, двери, потолок и пол помещений различных габаритов. Расчет учитывает создание комфорта при самых низких морозах в конкретной местности.

Потребляемая тепловая мощность здания выражается в кВт. Она должна покрываться вырабатываемой энергией теплового насоса. Однако часто при расчетах делают упрощение, позволяющее экономить: длительность самых холодных дней в течение года не превышает нескольких недель. На этот период подключается дополнительный источник тепла, например, ТЭНы, подогревающие воду в котле.Они работают только в критических ситуациях при морозах, а в остальное время отключены. Это позволяет использовать ТН с меньшими мощностями.

Возможности конструкций

Для справки. Модели выходной мощности 6÷11 кВт «рассольно-водяных» схем способны нагревать воду встроенных баков в относительно небольших постройках. Мощность в 17 кВт достаточна для поддержания температуры воды 65ºС у котла с емкостью 230÷440 литров. Потребности в тепле средних по величине зданий покрывают мощности 22÷60 кВт.

Коэффициент трансформации тепловых насосов Ктр

Он определяет эффективность конструкции по безразмерной формуле:

Kтр=(Твых-Твх)/Твых

Величина «Т» обозначает температуру теплоносителей на выходе и входе в конструкцию.

Коэффициент преобразования энергии (ͼ)

Его рассчитывают для определения доли полезной мощности тепла по отношению к приложенной энергии на компрессор.

ͼ=0,5Т/(Т-То)=0,5(ΔТ+То)/ΔТ

Для этой формулы температура потребителя «Т» и источника «То» определяется в градусах Кельвина.

Величину ͼ можно определить по количеству затраченной энергии на работу компрессора «Рэл» и полученной полезной теплопроизводительности «Рн». В этом случае его называют «СОР» по сокращению от английского термина «Coefficient of perfomance».

ͼ=Рн/Рэл

Коэффициент ͼ — переменная величина, зависимая от перепада температур между источником и потребителем. Он обозначается цифрами от 1 до 7.

Условный КПД

Некоторые продавцы в рекламных целях «называют» показатель СОР термином КПД и заявляют, что он больше единицы и составляет 400 или 500%.

Это неверное утверждение: коэффициент полезного действия учитывает потери мощности при работе конечного устройства.Для его определения надо выходную тепловую мощность разделить на приложенную с учетом энергии геотермальных источников. При таком расчете вечного двигателя не получится.

Годовая эффективность и издержки

Коэффициент СОР оценивает работу теплового насоса в определенный момент времени при конкретных условиях эксплуатации. Чтобы проанализировать работу ТН, введен показатель эффективности системы за год (β).

β=Qwp/WeІ

Здесь символ Qwp обозначает величину тепловой энергии, произведенной за год, а Wel — значение потребленного электричества установкой за то же время.

Показатель издержек Eq

Эта характеристика обратна показателю эффективности.

Eq=1/β

Для определения характеристик ТН используется специализированное программное обеспечение и заводские стенды.

Конструктивное исполнение

Промышленность выпускает различные по эксплуатационным характеристикам модели, но они имеют в своем составе оборудование, выполняющее типовые задачи, описанные выше.

Как вариант конструктивного исполнения на рисунке представлен тепловой насос для отопления дома.

Здесь по входным трубопроводам принимается тепло от геотермальных источников, а по выходным — передается в систему обогрева дома.

Работа теплового насоса обеспечивается:

• системой контроля параметров схемы и управления, включая дистанционные способы через интернет;
• дополнительным оборудованием (узлы промывки и заполнения, расширительные баки, группы безопасности, насосные станции).

Грунтовые конструкции

Они используют три схемы устройства теплообменников для забора энергии от источника:

поверхностное расположение;

установка вертикальных грунтовых зондов;

заглубление горизонтальных конструкций.

Первый метод наименее эффективен. Поэтому он редко применяется для отопления дома.

Установка зондов в скважинах

Этот способ наиболее эффективен. Он предусматривает создание скважин на глубины порядка 50÷150 метров и больше для размещения U-образного трубопровода из пластиковых материалов с диаметром от 25 до 40 мм.

Увеличение площади поперечного сечения трубы, как и углубление скважины, создает улучшенный теплосъем, но удорожает конструкцию.

Горизонтальные коллекторы

Бурение скважин для зондов стоит дорого. Поэтому часто выбирается этот способ, как более дешевый. Он позволяет обойтись рытьем траншей ниже глубины промерзания почвы.

В проекте горизонтального коллектора следует учитывать:

теплопроводность грунта;

среднюю влажность почвы;

геометрию участка.

Они влияют на габариты и конфигурацию коллектора. Трубы могут укладываться:

• петлями;
• зигзагами;
• змейкой;
• плоскими геометрическими фигурами;
• винтовыми спиралями.

Важно понимать, что площадь участка, отводимого под такой коллектор, обычно превышает габариты фундамента дома в 2÷3 раза. Это основной недостаток такого метода

Водные коллекторы

Это наиболее экономичный способ, но он требует расположения около здания глубокого водоема. На его дне размещают и закрепляют грузами собранные трубопроводы. Для эффективной работы теплового насоса требуется просчитать минимальную глубину закладки коллектора и объем водоема, способного обеспечить теплосъем.

Габариты такой конструкции определяются проведением тепловых расчетов и могут достигать протяженности более 300 метров.

Рисунок ниже демонстрирует подготовку магистралей для сборки на льду весеннего озера. Он позволяет визуально оценить масштабы предстоящей работы.

Воздушный метод

Внешний или встроенный вентилятор нагнетает воздух с улицы прямо на испаритель с фреоном, как в кондиционере. При этом не требуется создавать громоздкие конструкции из труб и помещать их в грунт или водоем.

Тепловой насос для отопления дома, работающий по такому принципу, стоит дешевле, но использовать его рекомендуется в относительно теплом климате: морозный воздух не позволит работать системе.

Подобные устройства нашли широкое применение для обогрева воды в бассейнах или помещений, расположенных рядом с промышленными устройствами, постоянно участвующими в технологическом процессе и выделяющими в атмосферу тепло мощными системами охлаждения. В качестве примера можно привести силовые автотрансформаторы энергетики, дизельные станции, котельные.

Преимущества использования теплового насоса

• Экономичность. Благодаря высокому КПД системы достигается низкое энергопотребление. Из 1 кВт затраченной электроэнергии получается от 3 до 7 кВт тепловой энергии. Это больше, чем при работе любых котлов, использующих топливо.
• Автономность. Работа насоса не нуждается в подаче органического топлива, поэтому нет необходимости прокладывать тепловые коммуникации.
• Универсальность. В одном устройстве сочетаются одновременно системы нагрева воды, отопления и охлаждения.
• Безопасность. В отличие от котлов, которые могут воспламениться или взорваться, тепловой насос является абсолютно безопасным. Он не содержит деталей, температура которых может привести к пожару. Не выделяет угарный ядовитый газ. Остановка работы не приведет к поломке или замораживанию жидкости.
• Надежность. Работой насоса управляет автоматика. Обслуживание не требует специального обучения.
• Долговечность. Прибор может прослужить от 20 до 50 лет. Это на порядок больше, чем у стандартных систем отопления.
• Комфорт. Функционирование насоса не сопровождается колебанием температуры и влажности. Работает практически бесшумно.
• Минимум площади требуется под скважину. Так как зонд находится под землей, повредить его невозможно.
• Экологичность. Окружающая среда не загрязняется вредными выбросами.
• Отсутствие бумажной волокиты. При монтаже не нужны согласования, как, например, при установке газового отопления.

Как работает геотермальный тепловой насос

Принцип работы теплового насоса заключается в работе геотермального контура. Такой контур забирает тепло из земли и обеспечивает температуру нагрева. При этом, нагревание не зависит от внешних погодных факторов. Как же работает геотермальный контур? В скважины, глубиной до сотни метров помещаются специальные грунтовые зонды, с помощью которых и происходит нагрев. В геотермальных скважинах температура всегда статична, независимо от поры года. Специальный рассол(пропилен-николь) греется, забирая от грунтового горизонта тепло, до 6 С°. Циркулируя по замкнутому контуру, тепло передаётся на испаритель теплового насоса. На конденсаторе, насос преобразует тепло до 60 С°. Таким образом, мы имеем температуру, готовую к нагреву непосредственно теплоносителя. Вода нагревается и подаётся по системе в дом, для использования в бытовых целях и нагрева для системы отопления. Принцип действия охлаждения, при тёплой погоде, разделяется на два типа:

• Активное — компрессор в работе, но тепловой насос работает наоборот. Забирает тепло из системы отопления и передаёт температуры в грунт. Грунтовые зонды осуществляют передачу тепла уже в землю.
• Пассивное — вода охлаждается в теплообменнике при выключенном компрессоре.

Важно!

Отопление тепловым насосом своими руками сделать достаточно сложно, ведь такая система отопления тепловым насосом, очень сложная с точки зрения инженерии. Как следствие в виду неправильного монтажа системы или неопытности в монтаже, даже фирма, целенаправленно занимающаяся геотермальными насосами, может наломать дров. Начиная от падения КПД, путём снижения эффективности преобразования, вплоть до неработающей системы в итоге вообще. Чаще всего фирмы “играются” с глубиной скважины, чтобы составить более демократичную смету и удешевить всю систему в целом. Конечно, цена отопления дома тепловым насосом сразу упадёт для заказчика, таким образом фирма будет иметь возможность сделать систему дешевле, но потом начнутся проблемы с эксплуатацией. Например скважины могут смерзаться, в следствие чего, тепловой насос по эффективности упадёт в разы. Как бы не пришлось ставить отопительные приборы для отогрева отопительной системы. Это ведь бред?

Также можно уменьшить цену на тепловые насосы для отопления, путём применения дешёвых зондов, которые развалятся в скором времени. Решение конечно есть: бурить новые скважины, разрушая уже готовый ландшафтный проект, но оно Вам надо? Так что лучше тщательно выбирайте качественные комплектующие и не поскупитесь купить тепловой насос для отопления подороже. Ещё в целях экономии, в контур, заливают антифриз вместо пропилена гликоля. Это дешевле, да, но такой антифриз может отравить почву на вашем участке.

Короче говоря, обдумывая как и что сделать, не поскупитесь на нормальную, качественно сделанную, систему отопления. Стоимость отопления тепловым насосом, а именно монтажа системы, выйдет в таком случае первоначально дороже, зато Вы будете иметь работающую систему на сто лет вперед.

Тепловые насосы — расчёт отопления.

Отопление загородного дома тепловым насосом или дома в черте города, в плане расчётов зависит от многих факторов. Но всё же можно выделить общие тенденции в расчётах.Коэффициент преобразования — определяет эффективность геотермального насоса. Этот коэффициент характеризуется соотношением полученного тепла и потраченной электроэнергией. Обычно, при правильном монтаже системы, такой коэффициент составляет около пяти. Другими словами 1 кВт потраченной электроэнергии даёт 5 кВт тепловой энергии.

Путём несложных математических махинаций можно вычислить стоимость одного кВт тепла, например с учётом тарифов в Украине. Тариф на март 2015 года составляет 30,84 коп за кВт/ч. Таким образом стоимость кВт тепла, которое произведено в системе отопления тепловым насосом, составляет около 7 копеек.

Цена на тепловой насос отопления

Что входит в стоимость теплового насоса отопления? В зависимости от фирмы-монтажника системы отопления на тепловом насосе, комплект может включать в себя по работам и комплектующим:

• Скважины, бурение скважин.
• Спуск зондов.
• Комплектация скважин
• Монтаж системы. Гребенка зондов, гидравлическая обвязка, автоматика.
• Бойлер
• Тепловой насос
• Геотермальные зонды
• Пропилен-гликоль

Назначение

Основными задачами ТП являются:

• учет тепловых потоков и расходов теплоносителя и конденсата
• контроль параметров теплоносителя
• регулирование расхода теплоносителя
• распределение теплоносителя по системам потребления теплоты
• преобразование вида теплоносителя или его параметров
• защита местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя
• заполнение и подпитка систем потребления теплоты
• сбор, охлаждение, возврат конденсата и контроль его качества
• аккумулирование теплоты
• подготовка воды для систем горячего водоснабжения
• отключение систем потребления теплоты

Теплопоступление от солнечной радиации.

Для остекленных поверхностей

где: FO — площадь поверхности остекления, м2;qO — величина солнечной радиации в ккал/(м2 × ч) через 1 м2 поверхности остекления, зависящая от её ориентации по странам света;1,16 — переводной коэффициент из ккал/ч в Вт.

Солнечная радиация qo через остекленные поверхности в ккал / (м2 × ч) (при Ао  = 1)

Характеристика остекленной поверхности	Страны света и широты
Юг	Юго-восток и юго-запад	Восток и запад	Северо-восток и северо-запад
35°	45°	55°	65°	35°	45°	55°	65°	35°	45°	55°	65	35°	45°	55°	65
Окна с двойным остеклением (две рамы):
С деревянными переплетами….	110	125	125	145	85	110	125	145	125	125	145	145	65	65	65	60
С металлическими переплетами…..
Фонарь с двойным вертикальным остеклением прямоугольный тип Шеда):	140	160	160	180	110	140	160	180	160	160	180	180	80	80	80	80
С металлическими переплетами…..	130	160	160	170	110	140	170	170	160	160	180	180	85	85	85	80
С деревянными переплетами….	120	145	145	150	100	125	150	150	145	145	160	160	75	75	5	70

Примечание. Для остекленных поверхностей, ориентированных на север qO = 0 .

АО — коэффициент, зависящий от характеристики остекления.

Значение коэффициента АО.

Характеристика остекления	АО
Остекление с одной рамой:
двойное	1,15
одинарное	1,45
Загрязнение стекла:
обычное	0,8
обычное	0,7
Забелка окон	0,6
Остекление с матовыми стеклами	0,4
Внешнее зашторивание окон	0,25

Для покрытий

где: FП — площадь поверхности покрытия, м2;qП — величина солнечной радиации в ккал / (м2 × ч) через 1 м2 поверхности покрытия.

Величина солнечной радиации в ккал / (м2 × ч) через 1 м2 поверхности покрытия

Характеристика покрытия и широта	qП
При бесчердачном покрытии для широт:
35°	20
45°	18
55°	15
65°	12
При покрытии с чердаком для всех широт	5

КП — коэффициент теплопередачи покрытия должен быть не выше 0,8 ккал / (м2 × ˚С);1,16 — переводной коэффициент из ккал / ч в Вт.

Советы и рекомендации

Тепловой насос – оборудование технически сложное и достаточно дорогое, поэтому подходить к его выбору следует с большой ответственностью. Чтобы не быть голословными, приведем несколько вполне конкретным рекомендаций.

1. Никогда не приступайте к выбору теплового насоса без предварительного проведения расчетов и создания проекта. Отсутствие проекта может стать причиной фатальных ошибок, исправить которые можно будет лишь с помощью огромных дополнительных финансовых вложений.

2. Доверить проектирование, монтаж и сервисное обслуживание теплового насоса и системы отопления следует только профессионалам. Как убедиться в том, что в данной компании работают профессионалы? В первую очередь, по наличию всей необходимой документации, портфолио реализованных объектов, сертификатов от поставщиков оборудования. Очень желательно, чтобы весь комплекс необходимых услуг предоставляла одна компания, которая в данном случае будет нести полную ответственность за реализацию проекта.

3. Советуем вам отдать предпочтение тепловому насосу европейского производства. Пусть вас не смущает тот факт, что он дороже китайского или российского оборудования. При включении в смету стоимости работ по монтажу, запуску и отладке всей системы отопления разница в цене насосов будет практически незаметна. Но зато, имея в своем распоряжении «европейца», вы будете уверены в его надежности, поскольку высокая цена насоса – это лишь результат использования при его создании современных технологий и высококачественных материалов.