Тепловые насосы
Содержание
Создание в помещении оптимального микроклимата – важная составляющая комфортной жизни. Особенно этот вопрос волнует владельцев частных домостроений, в которых организация централизованного отопления либо не доступна, либо слишком дорого стоит. На помощь в этом случае могут придти альтернативные источники тепловой энергии, позволяющие аккумулировать тепло из самых невероятных областей природы. Одним из таких источников является земля, для получения тепла из ее недр используют геотермальный тепловой насос, который позволяет получать энергоресурсы без ущерба для окружающей среды.
Тепловой насос и его функции
Тепловой насос преобразовывает энергию от источника и переносит ее к потребителю с более высокой температурой. Такие агрегаты оптимальны для организации отопления и горячего водоснабжения частного дома, расположенного далеко от централизованного газоснабжения, теплотрасс и не имеющего возможность использовать в качестве источника тепла уголь, газ или электроэнергию.
Насосы тепловые же не нуждаются в таких источниках и могут работать на альтернативном и самом простом ресурсе, используя энергию таких природных материалов, как воздух, земля, вода.
Принцип работы такого энергоносителя достаточно прост и состоит в следующем – он аккумулирует рассеянное тепло из окружающей среды и переносит его в систему отопления.
Принцип работы и разновидности
Особенность работы таких устройств состоит в обратном принципе Карно, который лежит в основе работы холодильных установок. В систему каждого из агрегатов входят такие устройства, как конденсатор, компрессор, испаритель, капилляр. При помощи мощного вентилятора из окружающей среды забирается энергия носителя. При контакте с испарителем он нагревается, и испаряясь, попадает в компрессор. Там происходит процесс сжатия и нагрева до определенной температуры. Далее выполняется перемещение в конденсатор, где энергоноситель переходит в жидкое состояние и передает свое тепло отопительной системе здания. Цикл повторяется снова и снова.
В зависимости от используемого источника энергии различают разные виды устройств:
- Тепловой насос «вода-вода». В качестве основного источника энергии использует грунтовые воды. Также вместо них можно аккумулировать тепловую энергию из водоемов;
- Тепловой насос «воздух-вода». Получает тепло из воздуха, а основными элементами такого насоса являются вентилятор и испаритель;
- Геотермальный тепловой насос. Использует грунт в качестве теплоисточника. Для извлечения тепла используют зонды и коллекторы, которые устанавливают ниже уровня промерзания грунта.
- Тепловой насос «воздух-воздух».
По классу тепловые насосы, применяемые в современном обустройстве отопительных систем, могут быть двух основных классов:
- Термоэлектрические;
- Испарительные.
Термоэлектрические насосы
Основным принципом работы таких установок является использование эффекта Пельтье. Он состоит в следующем: во время подачи на обе стороны пластины из полупроводникового материала, постоянного напряжения небольшой величины, одна сторона пластины начинает нагреваться, а вторая – охлаждаться. Суть эффекта состоит в особенностях строения слоев сторон пластины. Оба слоя имеют разные уровни энергии электронов в зоне проводимости.
Испарительные насосы
Такие насосы могут быть как механическими компрессионными (поршневыми или турбинными), так и абсорбционными (диффузионными).
Принцип работы компрессионных установок состоит в следующем: полностью газообразный или частично, хладагент, при помощи компрессора сжимается до такого состояния, когда он превращается в жидкость. В процессе чего, происходит его нагрев. Попадая в конденсатор, он охлаждается до температуры окружающей среды, а остальное выделенное тепло отдает. Холодный хладагент, попадая в расширительную камеру, проходит через поршень или турбину (в зависимости от типа теплового насоса), где происходит изменение его давления. В результате происходит его испарение и охлаждение, он переходит в газообразную форму и вновь охлаждается. Цикл повторяется.
Такой принцип работы позволяет получить высокую эффективность от использования альтернативных источников тепла.
Абсорбционные тепловые насосы используют тот же принцип работы, что и предыдущие установки, с тем лишь различием, что для поглощения после испарения в них используется специальное вещество – абсорбент. Основное достоинство таких агрегатов – использование различных источников энергии и практически отсутствие шума.
Устройство различных типов тепловых насосов
Тепловой насос «воздух-воздух»
Забрать тепло из уличного воздуха и отправить его на отопление помещений и снабжение их горячей водой может такой агрегат, как тепловой насос «воздух-воздух».
Хотя использование данной конструкции позволяет использовать температуру окружающей среды, такие агрегаты отличаются самой меньшей эффективностью среди отопителей данного типа.
Система отопления в данном случае состоит из внешнего блока, который похож на блок сплит-системы, но внутри у него отсутствует компрессор. Вместо него есть такие узлы, как теплообменник в виде пластины и вентилятор. Работа пластины основана на эффекте Пельтье, а вентилятор обеспечивает нагнетание воздуха в повышенных объемах, отправляя его на пластину
Тепловой насос «вода-вода»
Такая система более эффективна, чем тепловой насос «воздух-воздух». При помощи такого агрегата можно извлекать тепло из водоема, даже отстоящего от дома на 100 метров. Но более распространенным является использование тепла грунтовых вод через скважину. Чтобы организовать отопление по такому принципу понадобится две скважины – одна для получения воды, другая — для ее слива.
Схема работы такого насоса показана на рисунке.
Если вода берется из водоема, то можно организовать контур, заполненный незамерзающей жидкостью (пропиленгликоль), который будет проходить по дну, играя роль посредника, между хладагентом и водой.
Геотермальный тепловой насос
Эта система является самой стабильной и эффективной. Она позволяет использовать тепло земли на глубине, где температура всегда равняется +7ºС.
Для организации отопления посредством теплового насоса такого типа брать энергию земли можно двумя способами: при помощи горизонтального контура, состоящего из труб, либо из 25-ти метровой скважины, в которую опущены зонды.
В каждом случае хладагентом является антифриз.
Достоинства и недостатки тепловых насосов
Эффективность такого способа устройства отопления и организации горячего водоснабжения обладают несомненными преимуществами перед другими источниками тепловой энергии:
- Воздух, подземные воды и тепло земли – бесплатные ресурсы, которые постоянно восполняются, а постоянное применение не уменьшает их количество;
- Агрегаты не слишком подвержены воздействию атмосферы и получают энергию даже в экстремальных условиях;
- Возможность организации автоматического управления системой;
- Высокая безопасность использования и отсутствие вредного воздействия в процессе работы на экологию;
- Высокая надежность, благодаря независимости от перебоев в подаче электроэнергии;
- Комфортная и тихая работа, без повышенного шума и вибрации;
- Совместимость с различными видами циркуляционных систем отопления и возможность установки в помещениях любого типа;
- Отсутствие необходимости в организации дымохода;
- Универсальность и возможность использования не только для отопления, а и для кондиционирования;
- Быстрая окупаемость;
- Долговечность и практичность.
Такая система поможет эффективно организовать насосно- смесительный узел для теплого пола, подобрать количество радиаторов отопления в помещениях по потребностям, выполнить любые задумки хозяина.
Дополнительную полезную и интересную информацию о тепловых насос различного типа можно получить, посмотрев видео:
Сложность может вызвать только установка и правильный расчет системы для конкретного объекта. Но для таких работ следует привлекать профессионалов, чтобы не вывести ее полностью из строя.
Делаем тепловой насос
Отзывы реальных владельцев о данных агрегатах в большинстве случаев имеют положительный характер и отражают их восторженное желание посоветовать и другим людям пользоваться альтернативными источниками энергии.
Но покупать такой прибор по карману не каждому, зато зная особенности организации такой системы, можно сделать тепловой насос своими руками.
Перед тем как начинать работы по монтажу самостоятельно, следует досконально изучить теплоизоляционные характеристики здания. Если ее качество не лучшее, то следует провести работы по герметизации и утеплению.
В состав принципиальной схемы теплового насоса любого вида входят такие элементы, как:
- Компрессор. Лучше всего выбирать максимально бесшумный агрегат, его необходимо будет закрепить на стене при помощи кронштейна;
- Испаритель. В качестве данного компонента можно использовать любую емкость, объемом около 100 литров, например, резиновую или пластиковую бочку;
- Конденсатор. Для этого можно использовать бак, объемом 120 литров, из нержавеющей стали. Его следует разрезать на 2 части, вставить, выполненный из медной трубы змеевик, а потом заварить го обратно;
- Терморегулирующий клапан необходимо приобрести отдельно, учитывая его совместимость с той системой, которая получилась.
Подачу и слив воды могут осуществлять обычные канализационные трубы. Для теплообменника можно использовать трубу от старого холодильника, заранее позаботившись о ее чистоте.
Для автоматизации работы и управления следует приобрести также пусковое реле и реле температуры, различные предохранители.
Как сделать тепловой насос своими руками при помощи старого кондиционера расскажет видео:
Другой вариант самостоятельного изготовления источника тепла показан в ролике:
Выбирая альтернативные источники тепловой энергии для обогрева площадей дома, человек выбирает защиту природы и эффективное использование ее ресурсов без вреда для окружающей среды.
Обсудить статью на форуме
