Тепловой насос — что это?

Что это такое и для чего он нужен

Тепловой насос — это техническое устройство, предназначенное для передачи тепловой энергии от одного объекта к другому обладающими разными температурами. Конденсатор устройства выделяет тепло потребителю энергии, а испаритель — поглощает тепло.

Тепловые насосы работают в системах отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования.

Принцип работы

Работа теплового насоса основана на использование тепловой энергии, находящейся в окружающей нас биосфере планеты (поверхность земли, окружающий воздух, водные объекты) и передаче ее теплоносителю, который, в свою очередь, передает ее потребителю.

Тепловой насос монтируется в систему потребителя, таким образом, чтобы испаритель насоса был соединен с внешним контуром системы, от которой получает тепло, а конденсатор – с контуром потребителя тепла.

Основная составляющая устройства – это компрессор, который создает давление во внутреннем контуре насоса, в котором циркулирует хладагент.

Тепловая энергия, накопленная (полученная) в наружном контуре системы, попадает на испаритель насоса. Под воздействием полученного тепла хладагент испаряется и под давлением, создаваемым компрессором, поступает на конденсатор. На конденсаторе хладагент переходит в жидкое состояние и выделяет большое количество энергии, которая передается теплоносителю контура потребителя.

Виды тепловых насосов

В зависимости от внешнего источника тепла и вида контура (системы) потребителя, тепловые насосы бывают 6-и видов, где в обозначении типа теплообменника, первый показатель определяет способ устройства внешнего контура, а второй – устройство внутреннего контура.

«Вода — вода»

В агрегатах данного вида забор тепловой энергии осуществляется из внешних объектов, путем поглощения ее теплоносителем внешнего контура, в контуре циркулирует вода либо иная жидкость. Циркуляция достигается путем установки насоса.

Контур может быть замкнутым или разомкнутым, вариант выбирается в зависимости от типа теплоносителя.

Во внутреннем контуре насоса, циркулирует фреон, который получая энергию от внешнего контура испаряется, поступает на конденсатор, где отдает полученное тепло теплоносителю потребителя.

«Вода – воздух»

В устройствах этого вида, энергия, собранная в наружном контуре, в котором циркулирует жидкость (вода или иной энергоноситель), поступает в теплообменники, где передается воздуху внутри помещения.

«Воздух – воздух»

У данного вида устройств, наружный контур размещается на наружной стороне здания, он является испарителем в этой конструкции насоса. Тепло от воздуха передается хладагенту, который нагревается и испаряется. Далее, проходя через компрессор, сжимается и поступает на внутренний блок – конденсатор, который располагается внутри здания. Конденсатор отдает тепло воздуху внутри помещения в котором находится, хладагент вновь поступает на испаритель.

«Воздух – вода»

В устройствах этого вида тепловая энергия забирается из наружного воздуха. Воздух поступает в компрессор, где под действием давления повышается его температура, после чего поступает в теплообменник. В теплообменнике происходит конденсация подаваемого воздуха и передача энергии энергоносителю отопительной системы потребителя.

«Земля – вода»

Агрегаты данного вида основаны на получении энергии земли и передачи ее потребителям. В замкнутом наружном контуре, расположенном ниже уровня промерзания, циркулирует рассол (антифриз). Циркуляция осуществляется посредством установки насоса. Рассол поступает на конденсатор, где передает полученную энергию хладагенту, который, в свою очередь, передает ее системе отопления потребителя путем конденсации в теплообменнике насоса.

«Земля – воздух»

В аппаратах этого вида тепловая энергия, полученная рассолом, циркулирующим в наружном контуре, который расположен под поверхностью земли, передается в камерах теплообменника воздуху внутри помещения.

Как применяют тепловые насосы

В России тепловые насосы не так распространены, как в странах Европы и Америки, но, тем не менее, благодаря своим преимуществам, по сравнению с другими источниками тепла, находят все более широкое применение как у частных потребителей, так и у предприятий различной направленности и формы собственности.

Наиболее широко тепловые насосы используются для отопления и горячего водоснабжения индивидуальных жилых домов (коттеджей, дач). Благодаря своей универсальности, тепловой насос в зимний период служит источником тепла, а летом – можно использовать в качестве кондиционера. Одновременно, зимой и летом, тепловой насос обеспечивает потребителей горячей водой и осуществляет подогрев воды в бассейне.

Для отопления промышленных объектов, административных зданий также используются тепловые насосы различных видов.

Вид насоса и их количество, определяются месторасположением объекта энергообеспечения.

Популярностью пользуются тепловые насосы для подогрева воды в индивидуальных бассейнах и крупных аквапарках. Это обусловлено малыми затратами на их содержание, и незначительной тепловой нагрузкой потребляющих устройств.

Использование подобных устройств позволяет снизить затраты и уменьшить опасность функционирования пожароопасных и удаленных объектов, каковыми являются автозаправочные станции (АЗС), расположенные на автомобильных трассах.

Тепловые насосы используют и в сельском хозяйстве. Это и тепличные комплексы, здания для содержания животных и птицы, вспомогательные сооружения. Отопление подобных объектов снижает затраты на энергоносители, тем самым снижается себестоимость выпускаемой продукции и повышается ее конкурентоспособность.

Сколько стоит устройство

Стоимость тепловых насосов, различных видов и производителей, сильно разнятся друг от друга. На стоимость устройств влияет его мощность, способ использования и место приобретения.

«Усть-Каменогорский Завод Тепловых Насосов» (УКЗТН «СанДью») в Казахстане выпускает широкий спектр тепловых насосов с начала прошлого десятилетия.

В предоставленном ассортименте присутствуют:

• Бытовые водяные типа «ВОДА – ВОДА» серии SDW EVI стоимостью от 150000,00 до 350000,00 рублей, в зависимости от мощности устройства.
• Бытовые геотермальные типа «ГРУНТ – ВОДА» серии SDW(INV) стоимостью от 90000,00 до 100000,00 рублей.
• Бытовые воздушные «ВОЗДУХ – ВОДА» серии SDA(INV), стоимостью от 150000,00 до 300000,00 рублей, в зависимости от мощности установки.
• Бытовые гибридные «ГРУНТ – ВОЗДУХ — ВОДА» серии DROID SDU-INV, стоимостью от 200000,00 до 420000,00 рублей, в зависимости мощности установки.
• Чиллеры – конвекторы «ВОДА – ВОЗДУХ» серии SDA-F, стоимостью от 150000,00 до 300000,00 рублей, в зависимости от мощности установки.
• Промышленные водяные «ВОДА – ВОДА» серии SDW5/SDW10, стоимостью от 500000,00 до 1200000,00 рублей, в зависимости от мощности установки.
• Промышленные чиллеры, состоящие из холодильной установки и теплового насоса «ВОЗДУХ — ВОДА» серии SDA10 S(D), стоимостью от 250000,00 до 500000,00 рублей, в зависимости от мощности установки.
• Промышленные водонагреватели в едином моноблоке «ВОЗДУХ — ВОДА» для приготовления больших объемов горячей воды серии SDА HW, стоимостью от 250000,00 до 500000,00 рублей, в зависимости от мощности установки.

Из приведенных выше цифр, понятен уровень цен на данную продукцию, и т.к. данное предприятие специализируется именно на производстве тепловых насосов, то на этом примере возможно отследить все виды выпускаемых тепловых насосов для разных групп потребителей.

Можно ли сделать своими руками?

В связи с тем, что тепловые насосы различаются по типу теплообменников, то и своими руками можно собрать различные конструкции используя компоненты от оборудования различной направленности.

Рассмотрим изготовление теплового насоса по типу «вода-вода» используя б/у компрессор от холодильника.

Для изготовления понадобятся:

• Компрессор от холодильника;
• Трубки, предпочтительно из меди – для изготовления конденсатора;
• Металлопластиковые трубы – для изготовления испарителя;
• Терморегулятор (вентиль);
• Изоляционный материал (поролоновая труба);
• Фитинги для труб обоих видов;
• Фреон;
• Материалы для изготовления каркаса (уголок, профиль и т.д.);
• Приборы управления и контроля (датчик температуры и давления, таймер и т.д.).

Из трубок изготавливаются теплообменники, для этого медные трубки вставляются в металлопластиковые, которые, в свою очередь, помещаются в изоляционные. По шаблону трубки изгибаются в форме змеевика, на концах монтируются фитинги для плотного соединения с системой подачи теплоносителей. Места соединения герметизируются. Изготавливается каркас для крепления компрессора. Устанавливается компрессор и соединяется с теплообменниками. Система заполняется фреоном. К входу испарителя подключается внешний контур теплоносителя, а к выходу его отвод. Отопительный контур подключается аналогично с той лишь разницей, что он подключается к конденсатору. Устанавливаем датчики температуры и давления, электрические приборы контроля и защиты – система готова к работе.

Плюсы и минусы использования

К положительным свойствам относятся:

• Являются альтернативным, автономным источником возобновляемой энергии;
• Экономичный источник энергии, не требующий значительных внешних воздействий (электрическая мощность устанавливаемого компрессора незначительна);
• Универсальность использования;
• Надежность эксплуатации и длительный межремонтный цикл;
• Безопасность устройств для окружающей среды и людей;
• Экологическая безопасность устройств.

К отрицательным свойствам можно отнести:

1. Высокая стоимость устройства;
2. Сложность и трудоемкость выполнения всего комплекса работ;
3. Необходимость капитального ремонта после истечения срока эксплуатации, сопряженного со значительными материальными вложениями.