Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Без рубрики

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Как обеспечить отопление частного дома с минимальными затратами при отсутствии магистрального газа? Одно из самых эффективных решений — тепловой насос.

Сегодня мы узнаем, что это такое, как работают разные типы тепловых насосов, как они экономят деньги и какие особые характеристики имеет система отопления с тепловым насосом.

Немного экономики

Как известно, разные источники тепловой энергии для отопления сильно различаются по стоимости одного киловатт-часа тепла.

Вот ориентировочные цены:

Подача природного газа по газораспределительной сети — 0,7 руб. Дрова сухие — 1,3 руб .; Пеллеты — 1,5 рубля; Каменный уголь — 1,6 руб .; Подача природного газа бензобаком — 2,4 руб;

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Установка бензобака для автономной подачи газа Пропан-бутан в баллонах — 3 руб .; Дизельное топливо — 3,4 рубля; Замыкает рейтинг электроэнергия: киловатт-час стоит от 3,5 до 5,5 рубля в зависимости от местных тарифов.

Captain Evidence предполагает, что местные цены на другие источники энергии также могут значительно отличаться от указанных выше. Например, тонна пеллет (гранулированных опилок), которая в Москве, Севастополе, где проживает автор статьи, стоит около 7000 рублей, обойдется в 11-15 тысяч.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Цены на топливо в Крыму сильно отличаются от столичных

Автономность отопительной системы

Однако при оценке конкретной схемы отопления дома эффективность — не единственный критерий. Не менее важна автономность оборудования, то есть возможность поддерживать определенный температурный режим без участия хозяина. И по этой метрике наш рейтинг выглядит совершенно иначе.

    Электрическое отопление — потолочное. И современные электрокотлы, и системы распределенного отопления (электрические теплые полы, конвекторы, электрические радиаторы и т.д.) способны работать без обслуживания неограниченное время. Их токовый выход может гибко адаптироваться к текущему потреблению тепла благодаря работе термостатов;

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Электрическое отопление — установи и забудь

    Газовые котлы и конвекторы очень мало теряют по сравнению с электрооборудованием с точки зрения простоты использования: они требуют устранения продуктов сгорания, что подразумевает установку возле камина или внешней стены дома. Кроме того, газовое оборудование с питанием от газометра или баллонов требует периодической дозаправки запаса топлива; Масляный котел работает автономно до исчерпания запаса масла. К его недостаткам можно отнести громкий шум горелки, необходимость хранить большой объем дизельного топлива и его специфический запах;

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Топливные баки в дизельной котельной

    Автоматические котлы на угле и пеллетах, благодаря подаче наливного топлива из бункера, имеют автономность до 7-10 дней; Твердотопливные котлы верхнего горения опускают планку на 24-36 часов; Пиролизные котлы с традиционной загрузкой топлива работают при полном баке топлива до 12 часов; Наконец, традиционное твердое топливо необходимо плавить каждые 4-6 часов.

Однако: частоту возгораний можно значительно увеличить, включив в контур отопления теплоаккумулятор — теплоизолированный резервуар для воды значительного объема.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Тепло, накопленное гидроаккумулятором, позволит многократно увеличить частоту воспламенения

Итак, с точки зрения удобства использования системы отопления, электричество было бы идеальным, если бы не дороговизна киловатт-часа тепла. Вы можете выключить это?

Весь в белом и на белом коне

Все электронагревательные устройства работают по принципу прямого нагрева: движение заряженных частиц вызывает нагрев проводника (нагревательной спирали, ферромагнитного сердечника индукционного котла или воды в электродном котле). КПД любого устройства прямого нагрева составляет 100%, просто в силу закона сохранения энергии — котел не выполняет физическую работу и не преобразует электричество в свет или гамма-лучи.

Читайте также:   Проект дома на склоне с цокольным этажом: самые важные нюансы его реализации

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Не верьте рекламе: у всех электрокотлов одинаковый КПД

Тепловой насос позволяет получать 2,5-7 киловатт тепла на каждый киловатт потребляемой электроэнергии. В итоге лучшие представители семейства обходят по экономичности твердотопливные котлы и подходят к тем, кто работает на магистральном газе.

Но извините, возможен ли КПД больше 100%? Нет, но здесь нет противоречия.

Дело в том, что тепловые насосы не вырабатывают тепловую энергию, а транспортируют ее (что, собственно, и отражено в названии этого класса устройств). Благодаря особой схеме фазового перехода хладагента (хладагента) насос может извлекать энергию из низкотемпературной среды и передавать ее воде или воздуху в отапливаемом помещении, нагретом до более высоких температур.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Внешняя среда становится источником тепла

История

Концепция теплового насоса была разработана в середине 19 века британцем Уильямом Томсоном (более известным как лорд Кельвин). Первый прототип устройства был построен в 1855 году австрийцем Петером фон Риттингером.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Производитель прототипов TN

Более того: первый холодильник с таким же циклом сжатия был представлен публике в 1850 году американским доктором Джоном Гори.

Долгое время прототипы тепловых насосов использовались исключительно для производства сухого льда и для хранения продуктов. Однако в 40-х годах прошлого века произошла авария, сильно повлиявшая на дальнейшую историю систем отопления и водоснабжения: некий Роберт Вебер случайно задел трубы на выходе из морозильной камеры. Ожог заставил его задуматься о том, как избавиться от тепла, которое без надобности рассеивалось в воздухе.

Первый проект Вебера обеспечил горячей водой всю его семью. Однако его производительность оказалась избыточной для нужд водоснабжения, и прототип был модифицирован: нагретая вода начала циркулировать по змеевику, тепло которого вентилятором рассеивалось по дому.

Через несколько лет теплообменник, который раньше охлаждал морозильную камеру, переместился в землю, температура которой в течение года менялась очень мало.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Температура почвы на глубине остается постоянной в течение всего года

так родился первый полноценный геотермальный тепловой насос.

Устройство

Работа теплового насоса, холодильника и кондиционера обеспечивается одним и тем же циклом сжатия:

Газообразный хладагент сжимается компрессором. При повышении давления (правда, физического!) Газ нагревается до высоких температур; Затем теплоноситель проходит через внутренний теплообменник и передает избыточное тепло воде, антифризу или воздуху в отапливаемом помещении. После охлаждения он конденсируется, а затем продолжает двигаться по шоссе, как жидкость; На подходе расширительный клапан. Резкое падение давления охлаждаемой жидкости приводит к дальнейшему (и очень заметному) снижению ее температуры; Во внешнем теплообменнике холодная жидкость забирает тепло от более теплой внешней среды и при нагревании испаряется; Газ, поступающий в компрессор, сжимается, и цикл повторяется.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Полный цикл работы ВД

Взаимосвязь между количеством тепловой энергии, переносимой хладагентом, и количеством электроэнергии, потребляемой для работы компрессора, называется COP (КПД) и является основной характеристикой теплового насоса. Максимальные значения COP современных устройств достигают 6,5-7.

Полезно: если COP не указан явно в документации HP, его можно рассчитать, разделив номинальную или максимальную тепловую мощность на номинальную или максимальную электрическую мощность.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Если КПД не указан производителем, его можно рассчитать по остальным характеристикам

Преимущества

Эффективность по сравнению с другими источниками тепла (за исключением крупных газовых котлов, с которыми могут конкурировать только лучшие члены семьи) является наиболее очевидным преимуществом тепловых насосов. Но не единственный.

Читайте также:   Погреб в доме: как построить

В отличие от традиционных электрических обогревателей, они не сильно нагружают проводку. Если у вашего дома небольшой лимит мощности, это не проблема — 3-4 кВт достаточно для обогрева коттеджа площадью 100 м2; Устройства полностью совместимы с внешними термостатами и могут поддерживать заданную температуру воздуха в полностью автоматическом режиме; В этом случае можно регулировать суточный и недельный температурные циклы. Например, температура в доме может упасть до безопасного минимума ночью или в рабочее время, что по-прежнему означает экономию энергии;

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Хронотермостат для теплового насоса Летом тепловой насос можно использовать для кондиционирования воздуха. Для этого просто измените направление циркуляции хладагента.

Общие особенности

КПД теплового насоса зависит от разницы температур между его теплообменниками. Чем теплее комната, из которой тепловой насос забирает тепло, тем ниже счет за электричество.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Изменение COP воздушного теплового насоса в зависимости от наружной температуры

Снижение затрат может быть достигнуто другим способом, снизив температуру внутреннего теплообменника.

Поэтому в системах водяного отопления с низкой температурой используются тепловые насосы. В приоритете водяной теплый пол; если в проект входит конвекционное отопление, то количество радиаторов увеличивается вдвое по сравнению с расчетным для стандартных условий (читай: температура теплоносителя 90 ° C).

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Низкая температура радиаторов компенсируется их размерами

Примечание: теплый пол позволяет дополнительно сэкономить за счет более рационального распределения температуры воздуха в отапливаемом помещении и, как следствие, уменьшения рассеивания тепла через потолок и стены.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Распределение температуры за счет конвекции и теплого пола

Разновидности

Тепловые насосы могут передавать тепловую энергию теплоносителю системы отопления или воздуху отапливаемого помещения.

В качестве некачественного источника тепла могут использоваться:

Окружающий воздух. Из-за технологических ограничений, связанных с температурой фазового перехода существующих хладагентов, минимальная рабочая температура лучших тепловых насосов типа воздух-воздух или воздух-вода (т.е теплоноситель системы отопления) не может опускаться ниже -25 ° C.

Примечание. По мере снижения наружной температуры теплопотери здания увеличиваются, а КПД теплового насоса уменьшается, поэтому воздушные тепловые насосы используются в основном в теплых регионах.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Эйр Мицубиси Зубадан

Внимание: наиболее удобное решение — это блочные воздушные тепловые насосы, которые напрямую подключаются к отопительному контуру. Они могут использовать как инверторные компрессоры (снижая мощность при уменьшении тепловой нагрузки), так и старт-стопные компрессоры.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Комплектный тепловой насос производства Китая Вода из бака антифриза или грунтовая вода. В последнем случае бурят две скважины на небольшом расстоянии друг от друга: первая выступает источником воды, вторая выполняет функцию дренажа;

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Схема теплообмена с грунтовыми водами. Подземный теплообменник может быть вертикальным (погружается в колодцы глубиной 20-100 метров) и горизонтальным (размещается в траншеях или котловане на глубине, превышающей глубину промерзания грунта). Это решение обеспечивает самый высокий среднегодовой COP и абсолютно независимо от климатических условий, но стоит значительно дороже, чем альтернативы, из-за большого объема земляных или буровых работ.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Прокладка горизонтального коллектора геотермальной электростанции

Личный опыт

Теория окончена. Однако существует множество теоретических обоснований эффективности тепловых насосов в Интернете без нас. Читателя, наверное, интересует, прежде всего, личный опыт отопления коттеджа с помощью теплового насоса.

В соседних домах автора и его близких родственников созданы две схемы отопления с тепловыми насосами, работающими по схеме воздух-воздух и воздух-вода”.

Читайте также:   Внешнее утепление стен пенопластом: утепляем дом снаружи своми руками

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

На фото — внешние блоки двух тепловых насосов типа «воздух-вода”

Важный момент: место действия — Севастополь, Крым. Средняя температура января + 3 ° С; минимальная температура за пять лет, которые автор прожил в Крыму, составляет -21 ° C. Такой жаркий по российским меркам климат привел к выбору установок воздушного отопления.

Воздух-воздух

Обогрев авторского дома достигается установкой во всех отапливаемых помещениях . обычные инверторные кондиционеры. Да-да, они, как и любой другой кондиционер, являются частным случаем TH.

Дополнительно: модель Cooper @ Hunter CH-S12FTXN, отвечающая за обогрев чердака в авторском доме, позиционируется производителем как домашний тепловой насос.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Кондиционер мощностью 12000 БТЕ обеспечивает обогрев 60-метрового чердака. Общие затраты: около 130 тысяч рублей (покупка и установка пяти сплит-систем). Отапливаемая площадь: 155 кв.м. Общая номинальная тепловая мощность в режиме обогрева: 15 кВт. Среднее потребление энергии в отопительный сезон: 600-1200 кВтч в месяц в зависимости от температуры наружного воздуха. Температура в помещении: 19-22 ° C, в зависимости от функции помещения. Минимальная температура поддерживается в спальне, максимальная — в гостиной. Кондиционер во всех комнатах не зависит от пульта дистанционного управления кондиционером.

Важный момент: при использовании кондиционеров для обогрева важно обеспечить равномерное распределение температуры по всему помещению. Для этого внутренний блок сплит-системы устанавливается на небольшой высоте, а его ребра направляют поток горячего воздуха вниз.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Внутренний блок сплит-системы устанавливается на высоте примерно полтора метра

Воздух-вода

В соседнем доме для отопления и приготовления горячей воды используются два тепловых насоса «воздух-вода» DanHeat с максимальной тепловой мощностью 9,2 кВт. Система отопления — теплый пол, коллектор (теплый пол в стяжке).

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Коллекторный шкаф для теплого пола

Тепловой аккумулятор емкостью 300 литров используется для хранения нагретой воды и в качестве накопительного бака для отопления.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Тепловой аккумулятор создает подачу воды на нужды горячего водоснабжения и стабилизирует температуру теплоносителя в системе отопления

Быстрый обогрев помещений зимой и их кондиционирование летом обеспечивают фанкойлы, установленные в каждой комнате.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Настенный фанкойл зимой работает как тепловентилятор, а летом — как кондиционер

Общие затраты (два тепловых насоса с обвязкой, теплоаккумулятор, установка гидроизоляционного пола, установка фанкойлов) составляют около 1 млн 300 тыс. Руб.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Внутренние теплообменники для тепловых насосов

Любопытство: теплообменник дымохода подключен к общему отопительному контуру. Вырабатываемое им тепло используется для работы теплого пола.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Дымоход подключается к общему отопительному контуру

Рабочая температура теплоносителя: 23-40.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Текущая температура воды в отопительном контуре — 31 градус. Отапливаемая площадь: 280 м2. Среднемесячное потребление энергии: 2500-4000 кВтч, в зависимости от температуры наружного воздуха и расхода горячей воды (помните, что тепловые насосы работают на отопление и горячее водоснабжение). Температура в доме: 20-24 ° С (минимальная температура устанавливается в коридоре и на лестнице, максимальная — в гостиной). Отдельное регулирование температуры отдельных контуров теплого пола осуществляется коллекторным шкафом; только температура охлаждающей жидкости устанавливается с панели управления HP.

Тепловые насосы для отопления коттеджа: принцип работы, преимущества, опыт использования

Индуктивности в коллекторном шкафу позволяют регулировать температуру каждого отдельного контура теплого пола

Заключение

Надеемся, что мы успешно представили читателю наиболее интересный и, пожалуй, перспективный вид утепления. Видео, прикрепленное к статье, поможет вам узнать больше о том, как работают тепловые насосы. Удачи!

Оцените статью