Как изготовить тепловой насос для отопления дома своими руками

Теплоноситель марки ХНТ-НВ

Ключевое отличие теплоносителя для теплового насоса ХНТ-НВ состоит в низком коэффициенте вязкости. Это понижает инертность системы отопления, позволяя существенно быстрее и равномернее прогревать жилые помещения. Результирующая экономия энергии от такого эффекта составляет до 20% при запуске оборудования в условиях температур ниже нуля. Еще одной отличительной особенностью теплоносителя ХНТ-НВ является стабильность его теплофизических характеристик в широком диапазоне эксплуатационных температур. Это обеспечивает равномерный прогрев помещения, препятствует дополнительным энергетическим расходом при колебаниях температур.

Основные физико-химические и теплофизические параметры ХНТ-НВ

* – в зависимости от марки ХНТ-НВ

Антикоррозионная защита

Применимые в составе ХНТ-НВ ингибиторы коррозии позволяют практически полностью исключить коррозионное воздействие на металлические элементы системы теплового насоса.

Безопасность

Теплоноситель ХНТ-НВ для систем геотермальных тепловых насосов экологически безопасен, при попадании на открытые части тела или на одежду легко смывается водой, не оставляя раздражения или ожогов. Попадая в почву, в грунт ХНТ-НВ разлагается, не нанося никакого вреда окружающей среде, природе. Теплоносители серии ХНТ-НВ – не токсичны (относятся к 4-му классу опасности – «веще­ства малоопасные» по ГОСТ ), пожаро- и взрывобезопасны.

Энергоэффективность и экономичность

По сравнению с теплоносителями на основе пропиленгликоля, серия ХНТ-НВ, благодаря инновационной системе снижения вязкости, обладает лучшими гидродинамическими характеристиками что способствует снижению энергозатрат на их перекачивание и повышению эффективности тепловых насосов.

Стабильность характеристик и долговечность

Период эксплуатации ХНТ-НВ, в течение которого остаются стабильными теплофизические характеристики (при соблюдении условий эксплуатации, рекомендованных производителем), составляет 15 лет.

Эксплуатация и хранение

Теплоносители для тепловых насосов серии ХНТ-НВ выпускаются в виде готовой к применению продукции. Изменение концентрации теплоносителя возможно только после консультации с производителем.

Не допускается смешивать ХНТ-НВ с другими теплоносителями, в связи с высокой вероятностью протекания нежелательных химических реакций между компонентами теплоносителя, что может привести к ухудшению теплофизических и антикоррозионных свойств, появлению осадка, выделению газов и т.д.

Особенности функционирования тепловых насосов «земля-вода»

Применение этих устройств позволяет создать эффективную отопительную систему для любого здания или сооружения. Принцип функционирования тепловых насосов «земля-вода» основан на выполнении нескольких этапов. Это:

1. отбор тепловой энергии от грунта;
2. перемещение энергии в сооружение;
3. передача тепла к водяной отопительной системе.

Технология реализована с применением специальной установки, которая состоит из двух частей:

1. геотермического теплообменника, который находится ниже глубины промерзания почвы;
2. теплового насоса, который работает по обратному циклу Карно.

Классификация

Тепловые насосы устроены таким образом, чтобы их можно было эксплуатировать в широком диапазоне температур. Как правило, подобное оборудование без перебоев работает при температуре от -30°С до +35°С.

Самое широкое распространение получили компрессионные и абсорбционные тепловые насосы. Компрессионные насосы используют электрическую и механическую энергию для переноса тепла. Абсорбционный тип насосов выглядит сложнее, зато дает возможность передавать тепло, используя для этого сам источник тепла, при этом значительно снижаются затраты топлива, электрической энергии.

По источникам тепла насосы можно классифицировать на такие типы:

• Геотермальный – насос забирает тепло из земли, подземных и наземных вод.
• Воздушный – насос забирает тепло из окружающего воздуха.
• Тепловой насос вторичного тепла забирает тепло центрального отопления, канализационных стоков и т.д. Использование подобных насосов выглядит перспективным для обогрева промышленный объектов, особенно в том случае, когда имеются источники ненужного тепла, которое подлежит утилизации.

Тепловые насосы можно классифицировать и по видам теплоносителя входного/выходного контура – воздух, вода, грунт, возможны их сочетания.

Преимущества и недостатки подземного отопления

Открытие новых технологий дает возможность использование энергетического потенциала земли практически всем домовладельцам, открыв возможности применения геотермальной системы обогрева жилища в частном секторе. Грунт может аккумулировать в себе 98% энергии солнца, которая рассеивается по поверхности.

Благодаря данному явлению даже в зимнее время в толще земли сохраняется довольно много тепла, которое способно обогревать дома, необходимо только направить его в нужное русло при помощи специального оборудования.

Положительные стороны данного вида отопления:

1. Нет процесса сжигания топлива. Данная система отличается абсолютной пожаробезопасностью, благодаря чему дом защищен от возникновения пожаров, которые могут возникнуть из-за системы отопления с методом сжигания топлива. Отпадает необходимость поиска места хранения топлива, его заготовки либо доставки.
2. Звуковой комфорт. Тепловой насос работает практически бесшумно.
3. Значительная выгода в экономическом плане. Во время эксплуатации системы нет необходимости каких-либо дополнительных денежных дотаций. Ежегодный обогрев осуществляется благодаря природным процессам, которые нет необходимости покупать. Естественно для работы теплового насоса необходимо электричество, но в тоже время объем производимой энергии гораздо выше нежели затраты на потребление электричества.
4. Экологический фактор. Геотермальный обогрев загородного частного жилища является самым экологически безопасным решением. Из-за того что исключен процесс горения исключен выброс в атмосферу разнообразных продуктов сгорания.
5. Компактность системы. Нет необходимости сооружать или отводить под котельную отдельное помещение. Все что требуется – это тепловой насос, который можно установить, к примеру, в подвале. Самый большой по объему контур будет находиться под водой или землей, так что не возникнет необходимости его маскировать.
6. Многофункциональность. Подобная система можно использовать как для отопления, так и для охлаждения. В сущности, она будет играть роль не только обогревателя, но и кондиционер.
7. Доступность данного ресурса практически в любой точке земного шара, кроме этого малые расходы для работы и содержания данной системы.

Такой ресурс как геотермальная энергия фактически бесплатен, основные траты приходятся на оплату электричества, которое необходимо для работы теплового насоса. При трате 1кВт электричества можно получить 3-5 кВт тепловой энергии.

Стоит отметить, что цена геотермального отопления достаточно высокая. Данное оборудование окупается примерно через 5-8 лет. Многих это отталкивает, кто собирается установить недорогое, но достаточно эффективное оборудование для обогрева жилища, но не готов тратить достаточно большие средства на приобретение оборудования.

Схема теплового насоса

Работоспособность большинства тепловых насосов базируется на тепле грунта, в котором на протяжении года температура практически не колеблется (в пределах 7-10 градусов). Тепло перемещается между тремя контурами:

1. Контур отопления
2. Тепловой насос
3. Рассольный (он же земляной) контур

Классический принцип работы тепловых насосов в отопительной системе состоит из следующих элементов:

1. Теплообменник, отдающий внутреннему контуру тепло, забираемое у земли
2. Сжимающее устройство
3. Второе теплообменное устройство, передающее отопительной системе энергию, получаемую во внутреннем контуре
4. Механизм, понижающий давление в системе (дросселе)
5. Рассольный контур
6. Земляной зонд
7. Отопительный контур

Труба, которая выполняет роль первичного контура, помещается в колодец или закапывается непосредственно в землю. По ней перемещается незамерзающий жидкий теплоноситель, температура которого повышается до аналогичной характеристики земли (около +8 градусов) и поступает во второй контур.

Вторичный контур забирает тепло у жидкости. Циркулирующий внутри фреон начинает закипать и преобразовываться в газ, который направляется в компрессор. Поршень сжимает его до 24-28 атм, благодаря чему происходит увеличение температуры до +70-80 градусов.

На данном рабочем этапе происходит концентрирование энергии в один небольшой сгусток. Благодаря этому увеличивается температура.

Разогретый газ поступает в третий контур, который представлен системами горячего водоснабжения или даже отопления дома. При передаче тепла возможны потери до 10-15 градусов, но они оказываются не существенны.

Когда фреон остывает, происходит уменьшение давления, и он вновь превращается в жидкое состояние. При температуре 2-3 градуса он поступает обратно во второй контур. Цикл повторяется снова и снова.

Виды теплонасосов: нюансы работы теплообменника фреон-вода

Природный источник энергии может представлять собой систему скважинного типа, грунтового или водоемного. Каждый вариант уникальный. Отличается принцип работы и монтаж.

Когда источником энергии является скважина, необходимо пробурить соответствующее отверстие в земли. В 1 м источника можно добыть 50-60 Вт энергии. Для нормальной работы теплонасоса потребуется 20 м.

Особенности получения энергии со скважины:

1. Главные плюсы – компактность и большая теплоотдача;
2. Минус – сложности при бурении скважины.

Когда источником тепла выступает грунт, то труба залегает на глубину ниже уровня промерзания земли. Для укладки трубы можно вырыть котлован или траншею.

Добыча энергии с земли достаточно трудный процесс, который требует большой площади, которая не будет доступной к эксплуатации.

Если поблизости размещены водоемы, то можно положить трубу в источник воды. Главное требование – достаточная глубина. В 1 кв м воды можно получить 30 Вт энергии. Для фиксации труб на глубине к ним прикрепляется груз.

В некоторых случаях в качестве источника используют воздух. Такой насос содержит хладагент. В этом случае подходит фреон из холодильника. Вещество забирает тепло из воздуха и отдает помещению.

Все составляющие солнечной батареи доступны и не дороги. И собрать конструкцию можно своими руками.

Система отопления на основе теплового насоса

Произведенную тепловым насосом тепловую энергию можно использовать как угодно. Как правило, такое оборудование используют для нагрева воды, которая далее идет на нужды горячего водоснабжения (кухня, ванная, баня) и на отопление.

Практика показывает, что лучше использовать теплый пол, чем отопление с помощью радиаторов. Кроме того, что это мягкое тепло и не требует подогрева воды до высокой температуры, есть третья, и немаловажная с точки зрения экономии.

Чем ниже температура воды, которую нужно нагреть, тем выше КПД любого теплового насоса. Если для радиаторов вода должна быть прогрета до 50-55 градусов, то для теплых полов – 30-35 градусов. Даже если температура воды на входе составляет 1-2 градуса, то разница в КПД составит около 30%.

Нередко для обогрева помещений используют воздух. Это особенно эффективно в регионах, где температуры не опускаются ниже 0, а также если использовать тепловой насос в качестве дополнительного источника тепловой энергии.

Удобнее всего для этого использовать фанкойлы, но для их монтажа придется либо сооружать подвесной потолок, либо жертвовать эстетикой. В случае если есть приточная вентиляция, для подачи теплого воздуха можно использовать ее.

Так происходит установка фанкойлов под подвесные потолки.

Сейчас тепловые насосы не так широко распространены на территории СНГ, чем в других странах. У нас по-прежнему дешевы традиционные источники тепла, такие как уголь, газ и древесина. Но ситуация постоянно меняется и тепловые насосы все чаще используют для отопления домов и нежилых зданий.

В этой статье мы постарались подробно описать плюсы и минучы тепловых насосов разных типов. Надеемся, она была вам полезна. Не забудьте поделиться публикацией с друзьями!

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.

Настало время предметно изучать зарубежный опыт

О тепловых насосах, способных отобрать тепло окружающей среды для отопления зданий, теперь уже знают почти все, и, если еще недавно потенциальный заказчик, как правило, задавал недоуменный вопрос «как это возможно?», то теперь все чаще звучит вопрос «как это правильно сделать?».

Ответить на этот вопрос непросто.

В поисках ответа на многочисленные вопросы, которые неизбежно возникают при попытке проектировать системы отопления с тепловыми насосами, целесообразно обратиться к опыту специалистов тех стран, где тепловые насосы на грунтовых теплообменниках применяются уже давно.

Посещение* американской выставки AHR ЕХРО-2008, которое было предпринято, главным образом, с целью получения информации о методах инженерных расчетов грунтовых теплообменников, прямых результатов в этом направлении не принесло, но на выставочном стенде ASHRAE продавалась книга , некоторые положения которой послужили основой для этой публикации.

Следует сразу сказать, что перенос американской методики на отечественную почву – дело непростое. У американцев все не так, как принято в Европе. Только время они измеряют в тех же единицах, что и мы. Все остальные единицы измерения – чисто американские, а точнее – британские. Особенно не повезло американцам с тепловым потоком, который может измеряться как в британских тепловых единицах, отнесенных к единице времени, так и в тоннах охлаждения, которые придуманы, вероятно, в Америке.

Главная проблема, однако, состояла не в техническом неудобстве пересчета принятых в США единиц измерения, к которым со временем можно и привыкнуть, а в отсутствии в упомянутой книге четкой методической основы построения алгоритма вычислений. Рутинным и широко известным расчетным приемам там уделяется слишком много места, в то время как некоторые важные положения остаются вовсе нераскрытыми.

В частности, такими физически связанными исходными данными для расчета вертикальных грунтовых теплообменников, как температура циркулирующей в теплообменнике жидкости и коэффициент преобразования теплового насоса, нельзя задаваться произвольно, и, прежде чем приступать к вычислениям, связанным с нестационарным теплообменом в грунте, необходимо определить зависимости, связывающие эти параметры.

Критерием эффективности теплового насоса служит коэффициент преобразования ?, величина которого определяется отношением его тепловой мощности к мощности электропривода компрессора. Эта величина является функцией температур кипения в испарителе tu и конденсации tk, а применительно к тепловым насосам «вода-вода» можно говорить о температурах жидкости на выходе из испарителя t2И и на выходе из конденсатора t2K:

? = ?(t2И,t2K). (1)

Анализ каталожных характеристик серийных холодильных машин и тепловых насосов «вода-вода» позволил отобразить эту функцию в виде диаграммы (рис. 1).

При помощи диаграммы нетрудно определиться с параметрами теплового насоса на самых начальных стадиях проектирования. Очевидно, например, что, если система отопления, присоединенная к тепловому насосу, рассчитана на подачу теплоносителя с температурой в подающем трубопроводе 50°C, то максимально возможный коэффициент преобразования теплового насоса будет около 3,5. При этом температура гликоля на выходе из испарителя не должна быть ниже +3°С, а это означает, что потребуется дорогой грунтовый теплообменник.

В то же время, если дом обогревается посредством теплого пола, из конденсатора теплового насоса будет поступать в систему отопления теплоноситель с температурой 35°С. В этом случае тепловой насос сможет работать более эффективно, например, с коэффициентом преобразования 4,3, если температура охлажденного в испарителе гликоля будет около –2°С.

Пользуясь электронными таблицами Excel, можно выразить функцию (1) в виде уравнения:

? = 0,1729 (41,5 + t2И – 0,015t2И t2K – 0,437 t2K (2)

Если при желаемом коэффициенте преобразования и заданном значении температуры теплоносителя в системе отопления, работающей от теплового насоса, нужно определить температуру охлажденной в испарителе жидкости, то уравнение (2) можно представить в виде:

(3)

Выбрать температуру теплоносителя в системе отопления при заданных величинах коэффициента преобразования теплового насоса и температуры жидкости на выходе из испарителя можно по формуле:

(4)

В формулах (2)…(4) температуры выражены в градусах Цельсия.

Определив эти зависимости, можно теперь перейти непосредственно к американскому опыту.