Благодаря регулярному росту стоимости углеводородов, значительно вырос спрос населения на тепловые насосы для отопления дома. О конструкции, возможностях, всех достоинствах и недостатках данных установок и пойдет речь в данной публикации.
Как работают «трансформаторы тепла»
Из школьного курса физики, каждому россиянину (а также особо одаренным европейским жителям) известно: все, что окружает нас и имеет температуру выше 0°С обладает энергией. Трансформаторы тепла «выкачивают» ее из внешних источников и отдают в отопительный контур дома.
Что может считаться потенциальным и бесплатным источником энергии? Тепло солнца, земных недр, воды в водоемах, окружающего нас воздуха. Многие спросят, почему при температуре воздуха, например, + 5°С будет происходить обогрев дома. Для того чтобы понять данный принцип нужно как можно более пристально рассмотреть работу сплит-системы или холодильника. В момент перехода фреона из жидкой фазы в газообразную происходит поглощение огромного количества энергии. При обратном превращении, энергия выделяется.
Теоретически, работа теплового насоса для отопления дома в первом приближении выглядит так:
- В земле, воде или на открытом воздухе устанавливается коллектор-теплообменник (змеевик из полимерных труб) по которому перемещается антифриз или рассол. При циркуляции он отбирает тепло у окружающей среды, нагреваясь на несколько градусов, после чего поступает во внутренний теплообменник (испаритель), где отдает тепло фреону, (антифризу, аммиаку).
- Далее, компрессор сжимает нагретый хладагент, что приводит к его переходу в газообразное состояние и перемещению в следующий теплообменник-конденсатор в котором, фреон отдает накопленное тепло в водяную СО дома или напрямую воздуху в отапливаемом помещении.
Далее, фреон (антифриз, аммиак) вновь становится жидким и по магистральному трубопроводу возвращается в испаритель, где весь процесс повторяется.
Несложно догадаться, что принцип работы теплового насоса для отопления дома знаком каждому современному жителю нашей необъятной, который пользуется холодильником или кондиционером.
Разновидности трансформаторов тепла
Все, существующие ныне установки для получения тепловой энергии от внешних источников, классифицируются как:
- Геотермальные. Приборы, коллекторы которых монтируются непосредственно в недра земли.
- Гидротермальные. Установки, теплообменники которых устанавливаются в воду.
- Аэротермальные. Устройства с испарителями, установленными на открытом воздухе.
Рассмотрим более подробно каждую разновидность и принцип действия тепловых насосов для отопления дома.
Существует два варианта отбора тепла у земли:
- Посредством использования змеевика, расположенного горизонтально ниже точки промерзания. В зависимости от региона и назначения установки, заглубление трубопровода может варьироваться от 1,5 до 10 м.
- Устанавливая трубу с «незамерзайкой» вертикально.
В землю укладываются трубы, по которым будет циркулировать теплоноситель. Форма раскладки трубопровода может быть различна и зависит от свойств теплоносителя.
Важно! Сложная структура укладки позволяет увеличить площадь соприкосновения трубопровода с землей, что также увеличивает гидравлическое сопротивление коллектора.
Принцип – максимальная длина трубопровода на минимальном участке. Расстояние между витками трубопровода составляет 0,7 – 1 м. Диаметр трубы для теплообменника от 1 до1 ½ дюйма.
Вертикальный теплообменник (далее зонд) представляет собой систему U образных труб, заглубленных вертикально в грунт на 20 – 150 м.
Достоинства горизонтального теплообменника-коллектора – сравнительно невысокая стоимость монтажных работ. Недостаток – большая площадь.
Достоинства вертикального коллектора – небольшая площадь и более высокая температура источника. Недостаток – высокая стоимость монтажных работ.
Важно! Бурение земли на такую глубину требует наличие разрешительных документов, которое получить достаточно хлопотно и дорого.
Принцип обустройства водяного змеевика практически не отличается от горизонтального, расположенного в грунте: на дно водоема укладывается трубопровод, который фиксируется грузами. Температура воды, даже в зимний период, не опускается ниже + 4°С, что делает применение водяного коллектора-теплообменика наиболее эффективной СО. Единственное ограничение – это длина подводящей магистрали, которая не должна превышать 40- 50 м.
Важно! Так как далеко не у всех населенных пунктов есть близлежащие водоемы, то практикуется размещение змеевиков испарителей в сточных, или х промышленных водах.
Воздушные тепловые насосы для отопления дома берут тепло окружающего воздуха и отдают его теплоносителю. Данные установки имеют максимально простую, среди описанных выше, конструкцию. Это обусловлено тем, что испаритель устанавливается непосредственно на улице и дополнительного коллектора, для отбора тепловой энергии у воздуха, «колхозить» не нужно.
По большому счету, тепловой насос для отопления дома воздух-воздух – это обычная сплит-система, которая работает на обогрев: испаритель находится на воздухе, а конденсатор в доме. Тепло, отбирается у окружающего воздуха и перемещается хладагентом в помещение, где и передается теплоносителю водяной СО или напрямую воздуху, который прогоняется через теплообменник конденсатора.
Достоинства: минимальные затраты на приобретение и монтаж данной установки.
Недостатки: при — 15°С уличного воздуха 1кВт полученной энергии равняется 1кВт затраченной, на работу прибора.
«Трансформатор тепла» своими руками
КПД теплового насоса выражается отношением получаемой из внешних источников энергии к затраченной энергии на работу устройства. В современных моделях «отопительный коэффициент» достигает 4 единиц. Другими словами, на 4кВт полученной энергии, затрачивается всего 1кВт. Это выгодно, особенно для организации обогрева домов в нашей стране, где отопительный сезон длится пол года.
Проблема в том, что стоимость адекватного «трансформатора тепла» достаточно высока (в среднем 10 тыс. евро). Плюс монтажные работы на установку коллектора. Большинство наших соотечественников не в состоянии воспользоваться всеми благами альтернативного отопления. Есть возможность минимизировать расходы и попытаться собрать тепловой насос для отопления дома своими руками, ведь, по большому счету, это холодильник наоборот.
Важно! Следует понимать, что создание данного устройства требует серьезного термодинамического расчета, который может сделать обычный домашний мастер не в состоянии. Ниже мы приведем схему.
За основу берется старый, но вполне рабочий холодильник, который у большинства наших соотечественников стоит в качестве обувной полки на балконе или склада мелких запчастей в гараже.
- Холодильник устанавливается в отапливаемом помещении.
- В дверце морозильной камеры устанавливается воздуховод с нагнетающим вентилятором. Воздуховод, выводится непосредственно на улицу.
- В дверце холодильника монтируется второй (выходной)воздуховод, который также выводится не улицу.
Принцип действия прибора не вызовет непонимания даже среди домохозяек: по приточному патрубку воздух поступает в морозильную камеру, где он отдает тепло хладагенту. Благодаря принудительному притоку, охлажденный воздух опускается в основную камеру холодильника, из которой отводится по вытяжному воздуховоду. Воздух в помещении нагревается от теплообменника конденсатора, который расположен на задней стенке холодильника.
Скажем честно, дом таким способом не обогреешь, но гараж или небольшое хозяйственное помещение – запросто.
Совет: Чтобы данная система работала постоянно, следует отключить из схемы терморегулятор и соединить все напрямую.
