Тепловой насос – это устройство, которое нагревает воду систем отопления и горячего водоснабжения, сжимая фреон, изначально подогретый от источника низкопотенциального тепла, компрессором до 28 бар. Подвергаясь высокому давлению, газообразный теплоноситель с изначальной температурой 5-10 °С; выделяет большое количество тепла. Что позволяет прогреть теплоноситель системы потребления до 50-60 °С, без применения традиционных видов топлива. Поэтому считается, что тепловой насос обеспечивает пользователя самым дешёвым теплом.
Подробнее о достоинствах и недостатках смотрите видео:
Подобное оборудование уже более 40 лет эксплуатируется в Швеции, Дании, Финляндии и других странах, на государственном уровне поддерживающих развитие альтернативной энергетики. Не так активно, но увереннее с каждым годом, тепловые насосы выходят на российский рынок.
Цель статьи: сделать обзор популярных моделей тепловых насосов. Информация будет полезна тому, кто стремится максимально сэкономить на отоплении и горячем водоснабжении собственного дома.
Тепловой насос обогревает дом бесплатной энергией природы
В теории, отбор тепла возможен из воздуха, грунта, грунтовых вод, сточных вод (в том числе из септика и КНС), открытыъ водоёмов. На практике – для большинства случаев доказана целесообразность использования оборудования, забирающего тепловую энергию из воздуха и грунта.
Варианты с отбором тепла от септика или канализационной насосной станции (КНС) – самые заманчивые. Прогоняя через ТН теплоноситель с 15-20 °С, на выходе можно получить не менее 70 °С. Но приемлем этот вариант только для системы горячего водоснабжения. Отопительный контур снижает температуру в «заманчивом» источнике. Что ведёт к ряду неприятных последствий. Например, обмерзанию стоков; а если теплообменный контур теплового насоса размещён на стенках отстойника, то и самого септика.
Самые популярные ТН под потребности СО и ГВС – геотермальные (использующие тепло земли) устройства. Они выделяются наилучшими эксплуатационными показателями в условиях тёплого и холодного климата, в песчаном и глинистом грунте с разным уровнем грунтовых вод. Потому что температура грунта ниже глубины промерзания почти не изменяется на протяжении всего года.
Подведение итогов
Участники нашего портала используют тепловой насос, как полноценную систему отопления (а не вспомогательную). По нашим наблюдениям, тепловой насос становится все более популярным способом отопления загородного дома. По отзывам наших пользователей, тепловой насос лучше всего работает в домах с низкими теплопотерями, поэтому в идеале дом нужно «затачивать» под это устройство еще на этапе проектирования. Хорошим вариантом будет каркасник со всеми необходимыми утеплениями, мембранами и пленками, или каменный дом. Второй момент: тепловой насос наиболее эффективен в альянсе с низкотемпературными отопительными приборами, так что лучше сразу ориентироваться на теплый пол.
На FORUMHOUSE можно найти огромное количество информации для тех, кто решится сделать тепловой насос своими или чужими руками. Есть рекомендации по правильному устройству геотермального контура теплового насоса, бесценные подсказки для самостоятельного изготовления теплового насоса, узнайте, как сделать самую бюджетную, «народную» систему отопления на основе теплового насоса, посмотрите наше видео про дом, который успешно отапливается тепловым насосом.
Принцип действия теплового насоса
Теплоноситель нагревается от источника низкопотенциального (5…10 °С) тепла. Насос сжимает хладагент, температура которого при этом повышается (50…60 °С) и нагревает теплоноситель системы отопления или ГВС.
В процессе работы ТН задействованы три тепловых контура:
- наружный (система с теплоносителем и циркуляционным насосом);
- промежуточный (теплообменник, компрессор, конденсатор, испаритель, дроссельный клапан);
- контур потребителя (циркуляционный насос, тёплый пол, радиаторы; у ГВС – бак, точки водоразбора).
Сам процесс выглядит следующим образом:
Контур съёма тепловой энергии
- Грунт нагревает солевой раствор.
- Циркуляционный насос поднимает рассол в теплообменник.
- Раствор охлаждается хладагентом (фреоном) и возвращается в грунт.
Теплообменник
- Жидкий фреон, испаряясь, забирает тепловую энергию у рассола.
- Компрессор сжимает хладагент, его температура резко повышается.
- В конденсаторе фреон через испаритель отдаёт энергию теплоносителю отопительного контура и снова становится жидким.
- Остывший хладагент, через дроссельный клапан уходит к первому теплообменнику.
Отопительный контур
- Подогретый теплоноситель отопительной системы подтягивается циркуляционным насосом к рассеивающим элементам.
- Отдаёт тепловую энергию воздушной массе помещения.
- Остывший теплоноситель по обратной трубе возвращается к промежуточному теплообменнику.
Видео с подробным описанием процесса:
Использование тепловых установок в мире
Практика применения таких тепловых агрегатов в мире насчитывает уже более 50 лет. Главными движущими причинами такого явления стало удорожание традиционных энергетических ресурсов и повсеместная поддержка правительствами многих стран использования альтернативных источников энергии.
Поэтому количество тепловых насосов постоянно растет высокими темпами – до 10 — 30% в год, несмотря на высокую стоимость установки. Количество таких устройств в настоящее время составляет уже более 270 штук. Наиболее активно тепловые системы применяются в США и Канаде. На них приходится до половины установок, используемых во всем мире.
Россия, несмотря на положительные условия для применения тепловых насосов, отстает от мировых тенденций в их использовании. Здесь, по-видимому, играет роль наша убежденность в полной обеспеченности природными ресурсами. При этом, далеко не во всех населенных пунктах страны имеются газопроводы. Мировой опыт использования тепловых наcосов говорит о положительных тенденциях в развитии их использования.
Что дешевле для отопления: электричество, газ или тепловой насос?
Приведем затраты на подключение каждого из типа отопления. Для представления общей картины возьмем Московскую область. В регионах цены могут отличаться, но соотношение цен останется прежним. В расчетах принимаем, что участок «голый» — без проведеного газа и электричества.
Затраты на подключение
Тепловой насос. Укладка горизонтального контура по ценам МО – 10 000 рублей за смену экскаватора с кубовым ковшом (выбирает до 1 000 м³ грунта за 8 часов). Система для дома в 100 м² будет закопана за 2 дня (справедливо для суглинка, на котором можно снять до 30 Вт тепловой энергии с 1 м.п. контура). Порядка 5 000 рублей потребуется для подготовки контура к работе. В итоге, горизонтальный вариант размещения первичного контура обойдётся в 25 000.
Скважина выйдет дороже (1 000 рублей за погонный метр, с учётом монтажа зондов, обвязки их в одну магистраль, заправкой теплоносителем и опрессовкой.), но значительно выгоднее для будущей эксплуатации. При меньшей занятой площади участка возрастает отдача (для скважины 50 м – минимум 50 Вт с метра). Покрываются потребности насоса, появляется дополнительный потенциал. Поэтому вся система будет работать не на износ, а с некоторым запасом мощности. Разместить 350 метров контура в вертикальных скважинах – 350 000 рублей.
Газовый котёл. В Московской области за подключение к газовой сети, работы на участке и монтаж котла «Мособлгаз» запрашивает от 260 000 рублей.
Электрический котел. Подключение трёхфазной сети обойдётся в 10 000 рублей: 550 – местным электросетям, остальное – на распределительный щит, счётчик и прочее наполнение.
Потребление
Для работы ТН с тепловой мощностью 9 кВт требуется 2.7 кВт/ч электроэнергии – 9 руб. 53 коп. в час,
Удельная теплота при сгорании 1 м³ газа – те же 9 кВт. Бытовой газ для МО выставлен по 5 руб. 14 коп. за куб.
Электрокотёл потребляет 9 кВт/ч = 31 руб. 77 коп. в час. Разница с ТН – почти в 3,5 раза.
Эксплуатация
- Если подведён газ, то наиболее рентабельный вариант для отопления – газовый котёл. Стоит оборудование (9 кВт) минимум 26 000 рублей, месячная оплата за газ (по 12 ч/сутки) составит 1 850 рублей.
- Мощное электрооборудование выгоднее с точки зрения организации трёхфазной сети и приобретения самого оборудования (котлы – от 10 000 рублей). Тёплый дом будет стоить 11 437 рублей за месяц.
- С учётом первоначальных вложений в альтернативное отопление (оборудование 275 000 и монтаж горизонтального контура 25 000), ТН, расходующий электричества на 3 430 руб/месяц, окупится не ранее чем через 3 года.
Сравнивая все варианты отопления, при условии создания системы «с нуля», становится очевидным: газ будет не намного выгоднее геотермального теплонасоса, а обогрев электричеством в перспективе 3 лет безнадёжно проигрывает обоим этим вариантам.
С подробными расчётами в пользу эксплуатации теплового насоса можно ознакомиться, просмотрев видео от производителя:
Некоторые дополнения и опыт эффективной эксплуатации освещены в этом ролике:
Насосы типа «вода-вода»
Разместить на дне близлежащего водоема полиэтиленовые трубы коллектора может практически любой человек. Для этого не понадобится больших профессиональных знаний, навыков, инструментов. Достаточно равномерно распределить витки бухты по поверхности воды. Между витками должно быть расстояние не менее 30 см, а глубина затопления не менее 3 м. Затем надо привязать грузы к трубам, чтобы они ушли на дно. Тут вполне подойдет некондиционный кирпич или природный камень.
На монтаж коллектора ТН типа «вода-вода» потребуется значительно меньше времени и денег, чем при рытье траншей или бурении скважин. Расходы на приобретение труб также будут минимальными, поскольку съем тепла при конвективном теплообмене в водной среде достигает 80 Вт/м. Очевидная выгода применения ТН — не нужно сжигать углеродное топливо для получения тепла.
Альтернативный способ отопления дома становится все более востребованным, поскольку обладает еще несколькими преимуществами:
- Экологически безопасен.
- Использует возобновляемый источник энергии.
- После окончания пусконаладочных работ отсутствуют регулярные затраты расходных материалов.
- Автоматически регулирует нагревание внутри дома по температуре наружного воздуха.
- Срок окупаемости начальных затрат 5–10 лет.
- Можно подключить бойлер для горячего водоснабжения коттеджа.
- Летом работает как кондиционер, охлаждая приточный воздух.
- Срок службы оборудования — более 30 лет.
- Минимальные энергозатраты — генерирует до 6 кВт тепла при использовании 1 кВт электричества.
- Полная независимость отопления и кондиционирования коттеджа при наличии электрогенератора любого типа.
- Возможна адаптация к системе «умный дом» для дистанционного управления, дополнительной экономии энергии.
Для работы ТН типа «вода-вода» необходимы три независимых системы: внешний, внутридомовой и компрессорный контуры. Они объединены в одну схему теплообменниками, в которых циркулируют различные теплоносители.
При проектировании системы энергоснабжения следует учитывать, что на перекачивание насосом теплоносителя по внешнему контуру расходуется электроэнергия. Чем больше длина труб, изгибов, поворотов, тем менее выгоден ТН. Оптимальное расстояние от дома до берега — 100 м. Его можно удлинить на 25 % за счет увеличения диаметра труб коллектора с 32 до 40 мм.
Основные характеристики
При выборе оборудования из всего многообразия характеристик обратите внимание на следующие характеристики.
Основные характеристики тепловых насосов
| Характеристики | Диапазон значений | Особенности |
| Тепловая мощность, кВт | До 8 | Помещения площадью не более 80 – 100 м², при высоте потолка не более 3 м. |
| 8-25 | Для одноуровневых дачных домов с потолком 2.5м, площадью от 50 м²; коттеджей для ПМЖ, до 260 м². | |
| Свыше 25 | Целесообразно рассматривать для 2-3 уровневых жилых домов с потолками 2.7м; промышленных объектов – не более 150 м², при высоте потолка в 3 и более. | |
| Потребляемая мощность основного оборудования (предельное потребление вспомогательных элементов) кВт/ч | От 2 (от 6) | Характеризует энергопотребление компрессора и циркуляционных насосов (тэна). |
| Схема работы | Воздух-воздух | Трансформированная тепловая энергия воздуха передаётся в помещение потоком прогретого воздуха через сплит-систему. |
| Воздух — вода | Энергия, снятая с пропущенного через прибор воздуха, передаётся теплоносителю жидкостной отопительной системы. | |
| Рассол-вода | Передачу тепловой энергии от возобновляемого источника выполняет натриевый или кальциевый раствор. | |
| Вода-вода | По магистрали открытого первичного контура грунтовые воды несут тепловую энергию прямо к теплообменнику. | |
| Температура теплоносителя на выходе, °С | 55-70 | Показатель важен для расчёта потерь на длинном отопительном контуре и при организации дополнительной системы горячего теплоснабжения. |
| Сетевое напряжение, V | 220, 380 | Однофазные – потребляемая мощность не более 5.5 кВт, только для стабильной (малонагруженной) бытовой сети; самые дешёвые – только через стабилизатор. Если есть сеть 380 V, то трёхфазные приборы предпочтительнее – больший диапазон мощностей, меньше вероятность «просадить» сеть. |
Расчет вертикального коллектора
На глубине свыше 15 м температура грунта стабильно держится на отметке +10 градусов круглый год. Поэтому эффективность вертикального коллектора является более высокой – в среднем с метрового участка удается снимать до 50 Вт тепла. Для расчета длины теплообменника также необходимо учитывать тип среды. Так, с 1-го метра трубы удается получить такую тепловую мощность:
- 20 Вт – при погружении в осадочный грунт (сухой);
- 50 Вт – в каменистом либо влажном осадочном грунте;
- 70 Вт – твердые породы (камень);
- 80 Вт – подземные воды.
Применение вертикального зонда для теплового насоса
При строительстве скважин следует соблюдать условие: расстояние между ними должно составлять не менее 5 м.
Для работы теплового насоса из вышеприведенного примера понадобится коллектор длиной L = 5200 / 50 = 140 м.
Следовательно, для обустройства коллектора потребуется пробурить две скважины глубиной 70 м. В каждой из них нужно будет установить по две U-образные петли, для чего необходимо будет закупить 4х140 = 560 м труб.
Сводная таблица моделей
В статье мы рассмотрели наиболее популярные модели, выявили их сильные и слабые стороны. С перечнем моделей можете ознакомиться в следующей таблице:
Сводная таблица моделей
| Модель (страна производитель) | Особенности | Цена, руб. |
| Тепловые насосы для отопления небольших помещений или под ГВС | ||
| 1. Huch EnTEC VARIO КНР S2-E (Германия) | Система «воздух-вода»; работает от однофазной сети; выступающая конденсационная линия вставляется в бак с водой. | 184 493 |
| 2. NIBE F1155-6 EXP (Швеция) | «Рассол-вода»; питание от трёхфазной сети; вариативное управление мощностью; возможность подключения дополнительного оборудования – рекуператора, разнотемпературного оборудования. | 355 161 |
| 3. Fujitsu WSYA100DD6 (Япония) | Тепловой насос типа «воздух – вода» с питанием от сети 220V и функцией защиты от замерзания. | 524 640 |
| Оборудование для отопительных систем коттеджей под ПМЖ | ||
| 4. Vaillant geoTHERM VWW 61/3 (Германия) | Схема «вода – вода». Для того чтобы ТН мог выдавать стабильные 62 °С теплоносителя в системе отопления, возможности комплекта из компрессора и насосов (1.5 кВт) дополняет электронагреватель мощностью в 6 кВт. | 408 219 |
| 5. LG Therma V AH-W096A0 9 кВт (Корея) | На базе схемы «воздух-вода», в одном приборе, состоящим из двух блоков, реализованы потенциалы охладительного и нагревательного устройств. | 275 000 |
| 6. STIEBEL ELTRON WPF 10MS (Германия ) | «рассол-вода», прибор прогревает теплоноситель для радиаторов до 60 °С, может использоваться при организации каскадных систем отопления. | 323 300 |
| 7. Daikin EGSQH (Япония) | В одном корпусе с геотермальным насосом размещён накопительный бак для системы горячего водоснабжения, на 180 литров теплоносителя | 1 607 830 |
| Мощные тепловые насосы для нужд систем отопления и горячего водоснабжения | ||
| 8. WATERKOTTE EcoTouch DS 5027.5 Ai (Германия) | Возможен отбор тепла от грунта и грунтовых вод; возможны эксплуатация в составе каскадных систем и удалённое управление; работает от трёхфазной сети. | 708 521 |
| 9. DANFOSS DHP-R ECO 42 (Швеция) 9.6= 42 65 380 | «рассол-вода»; управление мощностью компрессора и частотой вращения циркуляционных насосов осуществляется посредством частотной регулировки; дополнительный теплообменник; сеть – 380 V. | 1 180 453 |
| 10. Viessmann Vitocal 300-G WWC 110 (Германия) | схема работы «вода-вода»; встроенные насосы первичного и вторичного контура; предусмотрена возможность подключения гелиосистем. | 630 125 |
Вывод
В статье я показал, виды тепловых насосов, которые можно использовать для отопления дома. Если внимательно читали всё, что было описано выше, то можете прийти к выводу, что тепловой насос — это эффективный и дешевый способ держать отопление и водоснабжение в доме. Однако моё мнение, что в России у всех должно быть доступное, дешёвое газовое отопление, без «европейских эко заморочек» добывать тепло из говна.
©Obotoplenii.ru
Еще статьи
- Домовый регуляторный пункт (ДРП)
- Этапы газификации дома
- Устройство и монтаж внутреннего газоснабжения дома
- Проект газификации дома
- Получение технических условий на газификацию дома
- Что такое газовый регуляторный пункт
- Требования к помещению с газовым котлом
Тепловые насосы для отопления небольших помещений или под ГВС
Предназначение – экономичное отопление жилых и вспомогательных помещений, обслуживание системы горячего водоснабжения. Самым низким потреблением (до 2 кВт) выделяются однофазные модели. Для защиты от скачков напряжения в сети им нужен стабилизатор. Надёжность трёхфазных, объясняется особенностями сети (нагрузка распределяется равномерно) и присутствием собственных защитных цепей, предотвращающих повреждение устройства при перепадах напряжения. Оборудование этой категории не всегда справляется с одновременным обслуживанием системы отопления и контура горячего водоснабжения.
Huch EnTEC VARIO КНР S2-E (Германия) – от 184 493 руб.
Huch EnTEC VARIO самостоятельно не эксплуатируется. Только в связке с накопительным баком системы горячего водоснабжения. ТН подогревает воду для санитарных нужд, охлаждая воздух в помещении.
Из преимуществ – небольшое энергопотребление прибора, приемлемая температура воды в контуре ГВС и функция очистки системы (периодическим кратковременным нагреванием до 60 °С) от патогенных бактерий, развивающихся во влажной среде.
Минусы в том, что прокладки, фланцы и манжету, надо докупать отдельно. Обязательно оригинальные, иначе будут потёки.
При расчёте необходимо помнить, что устройство прокачивает 500 м³ воздуха в час, поэтому минимальная площадь помещения, в котором установлен Huch EnTEC VARIO, должна быть не менее 20 м², при высоте потолка в 3 и более метра.
Основные характеристики Huch EnTEC VARIO КНР S2-E
| Характеристикиа | Значение |
| Схема работы | Воздух — вода |
| Тепловая мощность, кВт | 3.2 |
| Потребляемая электроэнергия, кВт/ч (сеть) | 1.9 (220) |
| Температура теплоносителя на выходе, °С | 55 |
| Диапазон рабочей температуры первичного контура, °С | +7…+35 |
| Хладагент, тип | R134А |
| Вес, кг | 31 |
NIBE F1155-6 EXP (Швеция) – от 355 161 руб.
Модель заявлена, как «интеллектуальное» оборудование, с автоматической настройкой под потребности объекта. Внедрена инверторная схема питания компрессора – появилась возможность настраивать выходную мощность.
Присутствие такой функции при малом числе потребителей (точки водоразбора, радиаторы отопления), делает отопление небольшого дома более выгодным, чем в случае с обычным, неинверторным ТН (у которых нет плавного пуска компрессора и выходная мощность не регулируется). Потому что у NIBE, при малых значениях мощности, тэны включаются редко, а собственное максимальное потребление теплового насоса – не более 2 кВт.
В условиях небольшого объекта шум (47 ДБ) не приемлем. Оптимальный вариант установки – отдельное помещение. Обвязку размещать на стенах не примыкающим к комнатам для отдыха.
Основные характеристики NIBE F1155-6 EXP
| Характеристика | Значение |
| Схема работы | Рассол — вода |
| Тепловая мощность, кВт | 4-16 |
| Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор/тэны), кВт/ч | 380 / 1.9 / 9 |
| Температура теплоносителя на выходе, °С | 65 |
| Диапазон рабочей температуры первичного контура, °С | 0… +35 |
| Хладагент, тип | R 407C |
| Вес, кг | 185 |
Fujitsu WSYA100DD6 (Япония) – от 524 640 руб.
«Из коробки» работает только на нагрев в одном контуре. Опционально предлагается комплект для подключения второго контура, с возможностью независимой настройки для каждого. Но сам тепловой насос рассчитан на систему отопления помещения до 100 м², с высотой потолка не более 3 метров.
В списке преимуществ – небольшие габариты, работа от бытовой электросети, регулировка температуры на выходе 8…55 °С, что по замыслу производителя должно было как-то повлиять на комфорт и точность управления подключенными системами.
Но всё перечеркнула низкая мощность. В нашем климате, отапливая заявленные 100 м², устройство будет работать на износ. Что подтверждают частые переходы устройства в «аварийный» режим, с отключением помпы и ошибками на дисплее. Случай не гарантийный. Исправляется перезапуском оборудования.
«Аварии» влияют на расход электроэнергии. Потому что когда умолкает компрессор, в работу включается тэн. Поэтому совместное подключение контуров СО и тёплого пола (или ГВС) допустимо на объекте площадью не более 70 м².
Основные характеристики Fujitsu WSYA100DD6
| Характеристика | Значение |
| Схема работы | Воздух — вода |
| Тепловая мощность, кВт | 6 |
| Потребляемая электроэнергия, кВт/ч (сеть) | 2.04 (220) |
| Температура теплоносителя на выходе, °С | 60 |
| Диапазон рабочей температуры первичного контура, °С | -20… +35 |
| Хладагент, тип | R410A |
| Вес, кг | 42 |
Принцип работы
Технология отбора энергии из холодной среды, и передачи в более теплое место, основан на физическом свойстве жидкости отбирать тепло в процессе испарения, и отдавать его при конденсации паров.
Если коротко! На этом же принципе основана работа любого холодильника и бытовых кондиционеров. Холодильник вырабатывает холод, при этом его стенки горячие. Здесь же процесс происходит наоборот.
Технологическая схема воздушного теплового насоса состоит из следующих элементов:
- компрессор с электроприводом;
- испаритель;
- расширительный (дроссельный) клапан;
- конденсатор с вентилятором обдува;
- медные трубки для циркуляции хладагента (легкокипящей жидкости) между основными элементами схемы.
Испаритель представляет собой теплообменный радиатор и устанавливается на улице. В одном блоке с ним смонтирован компрессор и расширительный клапан. Конденсатор с вентилятором обдува находится в обогреваемом помещении. Для уменьшения нерациональных потерь энергии трубки циркуляционного контура покрыты слоем тепловой изоляции, чаще всего из вспененного полиэтилена или искусственного каучука.
В качестве хладагента используется легкокипящий фреон, не замерзающий при низкких температурах.
Простая схема работы
Рабочий процесс в тепловом насосе воздух-воздух складывается из 4-х последовательных циклов:
- Хладагент, в жидком состоянии с температурой ниже, чем у наружного воздуха, находится в установленном на улице испарителе. Попадая на стенки трубок, он испаряется и переходит в газообразное состояние. При этом температура фреона возрастает.
- Подогретый газ поступает в компрессор, который значительно повышает давление рабочей среды. Это приводит к дальнейшему росту температуры рабочей среды.
- В сжатом и разогретом состоянии пары хладагента подаются на стенки трубок конденсатора обдуваемого конденсатора, где происходит его переход из газообразного в жидкое состояние с одновременным охлаждением и образованием смеси пара и жидкости.
- Охлажденная смесь поступает в расширительный клапан, который пропускает только холодный жидкий фреон к испарителю и весь цикл повторяется снова.
Оборудование для отопительных систем типовых коттеджей под ПМЖ
Здесь представлены геотермальные, воздушные и водяные (снимающие тепловую энергию с грунтовых вод) устройства. Заявленной выходной мощности (не менее 8 кВт) достаточно чтобы обеспечить теплом все потребительские системы дачных (и ПМЖ) домов. У многих тепловых насосов этой категории есть режим охлаждения. Внедрённые инверторные схемы питания отвечают за плавный пуск компрессора, из-за его плавной работы снижается дельта (разница температур) теплоносителя. Выдерживается оптимальный режим работы контура (без лишних перегревов и выхолаживаний). Что позволяет снизить расход электроэнергии во всех режимах работы ТН. Наибольший экономический эффект – в устройствах «воздух-воздух».
Vaillant geoTHERM VWW 61/3 (Германия) – от 408 219 руб.
Использование воды из скважины в качестве теплоносителя первого контура (только VWW) позволило упростить конструкцию и снизить цену ТН без потери в производительности.
Устройство отличается малым энергопотреблением в основном режиме работы и низким уровнем шума.
Минус Vaillant – требовательность к воде (известные случаи повреждения подающей магистрали и теплообменника соединениями железа и марганца); следует исключить работу с солесодержащими водами. Ситуация не гарантийная, но если монтаж выполняли специалисты сервисного центра, то есть кому выставлять претензии.
Необходимо сухое, непромерзаемое помещение, объёмом не менее 6.1 м³ (2.44 м² при потолке 2.5 м). Каплеобразование под насосом – не брак (допускается стекание конденсата с поверхностей заизолированных контуров).
Основные характеристики Vaillant geoTHERM VWW 61/3
| Характеристика | Значение |
| Схема работы | Вода — вода |
| Тепловая мощность, кВт | 8.4 |
| Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор/тэны), кВт/ч | 380 / 3.1 / 6 |
| Температура теплоносителя на выходе, °С | 55 |
| Диапазон рабочей температуры, °С | +7… +25 |
| Хладагент, тип | R 407 C |
| Вес, кг | 145 |
LG Therma V AH-W096A0 (Корея) – от 275 000 руб.
Тепловой насос системы «воздух-вода». Прибор составляют 2 модуля: наружный забирает тепловую энергию у воздушных масс, внутренний трансформирует и передаёт её системе отопления.
Главный плюс – универсальность. Можно настроить, как для обогрева, так и для охлаждения объекта.
Недостаток этой серии LG Therma в том, что его (и всей линейки) потенциала, не хватит для нужд коттеджа, площадью более 200 м².
Важный момент: рабочие блоки двухкомпонентной системы нельзя разносить более чем на 50 м в горизонтальной плоскости и на 30 м по вертикали.
Основные характеристики LG Therma V AH-W096A0
| Характеристика | Значение |
| Схема работы | Воздух — вода |
| Тепловая мощность (обогрев/охлаждение), кВт | 9/8.6 |
| Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор/тэны), кВт/ч | 220 / 2.7 / 3.5 |
| Температура теплоносителя на выходе, °С | 60 |
| Диапазон рабочей температуры (обогрев/охлаждение), °С | -20… +30 / +5… +48 |
| Хладагент, тип | R410A |
| Вес (наружный/внутренний блоки), кг | 56/28 |
STIEBEL ELTRON WPF 10MS (Германия) – от 323 300 руб.
Модель WPF 10MS – самая мощная из тепловых насосов STIEBEL ELTRON.
Среди преимуществ – автоматически подстраиваемый режим отопления и возможность соединения 6 устройств в каскадную (это параллельное или последовательное подключение приборов с целью увеличения расхода, напора или организации аварийного резерва) систему, мощностью до 60 кВт.
Минус в том, что организация мощной электросети, для одновременного подключения 6 таких приборов, возможна только с разрешения местного подразделения Ростехнадзора.
Есть особенность в установке режимов: после внесения необходимых корректировок в программу, следует подождать, пока погаснет контрольная лампа. Иначе, после закрывания крышки система вернётся к исходным настройкам.
Основные характеристики STIEBEL ELTRON WPF 10MS
| Характеристика | Значение |
| Схема работы | Рассол — вода |
| Тепловая мощность, кВт | 9.9 |
| Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор/тэны), кВт/ч | 380/3.1/8.8 |
| Температура теплоносителя на выходе, °С | 60 |
| Диапазон рабочей температуры, °С | 0… +35 |
| Хладагент, тип | R410A |
| Вес, кг | 112 |
Daikin EGSQH10S18A9W (Япония) – от 1 607 830 руб.
Мощное устройство для одновременного обеспечения теплом СО, ГВС и тёплого пола жилого дома, площадью до 130 м².
Программируемые и управляемые пользователем режимы; в рамках заданных параметров контролируются все обслуживаемые контуры; есть встроенный накопитель (для нужд ГВС) на 180 литров и вспомогательные нагреватели.
Из недостатков – внушительный потенциал, который не будет полностью задействован в доме 130 м²; цена, из-за которой период окупаемости растягивается на неопределённый срок; не реализованная в базовой комплектации автоматическая адаптация под внешние климатические условия. Термисторы (тепловые резисторы) окружающей среды устанавливаются опционально. То есть при изменениях внешней температуры, предлагается настраивать режим работы вручную.
Основные характеристики Daikin EGSQH10S18A9W
| Характеристика | Значение |
| Схема работы | Рассол — вода |
| Тепловая мощность, кВт | 13 |
| Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор/тэны), кВт/ч | 380 / 2.3 / 2.8 |
| Температура теплоносителя на выходе, °С | 60 |
| Диапазон рабочей температуры, °С | -5… +20 |
| Хладагент, тип | R410A |
| Вес, кг | 210 |
Альтернативное топливо для насосов
Использовать углеродное топливо в виде дров, угля, газа для работы ТН вовсе не нужно. Источником энергии служит рассеянное в окружающем пространстве тепло планеты, внутри которой находится постоянно действующий ядерный реактор.
Твердая оболочка материковых плит плавает на поверхности жидкой раскаленной магмы. Иногда она прорывается наружу при вулканических извержениях. Вблизи вулканов встречаются геотермальные источники, где даже зимой можно купаться и загорать. Тепловой насос способен собирать энергию практически повсеместно.
Для работы с различными источниками рассеянного тепла существует несколько типов ТН:
- «Воздух-воздух». Извлекает энергию из атмосферы и нагревает воздушные массы внутри помещения.
- «Вода-воздух». Тепло собирается внешним контуром со дна водоема для последующего использования в вентиляционных системах.
- «Грунт-вода» (геотермальные). Трубы для сбора тепла располагаются горизонтально под землей ниже уровня промерзания, чтобы даже в самый сильный мороз получать энергию для подогрева теплоносителя в отопительной системе здания.
- «Вода-вода». Коллектор раскладывают по дну водоема на глубине от трех метров, собранное тепло нагревает воду, циркулирующую в теплых полах внутри дома.
Существует вариант с открытым внешним коллектором, когда можно обойтись двумя скважинами: одна — для забора грунтовых вод, а вторая — для слива обратно в водоносный слой. Такой вариант возможен только при хорошем качестве жидкости, потому что фильтры быстро засоряются, если в составе теплоносителя имеется слишком много солей жесткости или взвешенных микрочастиц. Перед монтажом надо обязательно сделать анализ воды.
Если пробуренная скважина быстро заиливается или вода содержит много солей жесткости, тогда стабильная работа ТН обеспечивается бурением большего количества отверстий в земле. В них опускают петли герметичного внешнего контура. Затем скважины закупоривают с помощью тампонажа из смеси глины и песка.
Оборудование для объектов с большим потреблением тепла
Для полного обеспечения потребностей в тепловой энергии жилых и коммерческих зданий, площадью более 200 м². Дистанционное управление, каскадная эксплуатация, взаимодействие с рекуператорами и гелиосистемами – расширяют возможности пользователя в создании комфортной температуры.
WATERKOTTE EcoTouch DS 5027.5 Ai (Германия) – от 708 521 руб.
Модификация DS 5027.5 Ai – самая мощная в линейке EcoTouch. Стабильно прогревает теплоноситель отопительного контура и обеспечивает тепловой энергией систему ГВС в помещениях до 280 м².
Спиральный (самый производительный из существующих) компрессор; регулировка скорости потока теплоносителя позволяет получить стабильные показатели температуры на выходе; цветной дисплей; русифицированное меню; аккуратный внешний вид и низкий уровень шума. Каждая деталь для комфортной эксплуатации.
При активном пользовании точками водоразбора включаются тэны, из-за чего энергопотребление увеличивается на 6 кВт/ч.
Основные характеристики WATERKOTTE EcoTouch DS 5027.5 Ai
| Характеристика | Значение |
| Схема работы | Рассол-вода |
| Тепловая мощность, кВт | 26 /19.6 |
| Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор/тэны), кВт/ч | 380 / 4.3 / 6 |
| Температура теплоносителя на выходе, °С | 65 |
| Диапазон рабочей температуры первичного контура, °С | 0… +35 |
| Хладагент, тип | R410A |
| Вес, кг | 183 |
DANFOSS DHP-R ECO 42 (Швеция) – от 1 180 453 руб.
Достаточно мощное оборудование для того чтобы обеспечить тепловой энергией систему горячего водоснабжения и отопительные контуры многоуровневого коттеджа с постоянным проживанием.
Вместо дополнительного обогревателя для ГВС, здесь задействован поток горячей воды с подачи отопительного контура. Пропуская уже горячую воду через пароохладитель, тепловой насос разогревает воду в дополнительном теплообменнике ГВС до 90 °С. Стабильная температура в СО и баке ГВС поддерживается за счёт автоматической регулировки скорости циркуляционных насосов. Подходит для каскадного подключения (до 8 ТН).
Нет тэнов для отопительного контура. Дополнительные ресурсы отбираются у любого сочетаемого котла – блок управления возьмет от него столько тепла, сколько требуется в конкретном случае.
При расчёте места под монтаж теплового насоса необходимо оставлять зазор в 300 мм между стеной и задней поверхностью устройства (для удобства контроля и обслуживания коммуникаций).
Основные характеристики DANFOSS DHP-R ECO 42
| Характеристика | Значение |
| Схема работы | Рассол — вода |
| Тепловая мощность, кВт | 41.4 |
| Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор), кВт/ч | 380 / 9.6 |
| Температура теплоносителя на выходе, °С | 65 |
| Диапазон рабочей температуры первичного контура, °С | -10… +20 |
| Хладагент, тип | R410A |
| Вес, кг | 290 |
Viessmann Vitocal 300-G WWC 110 (Германия) – от 630 125 руб.
В роли теплоносителя первого контура – грунтовые воды. Отсюда и постоянная температура на первом теплообменнике, и самый высокий коэффициент СОР.
Среди плюсов — вспомогательный электронагреватель небольшой мощности на первом контуре и фирменный контроллер (по сути – беспроводной пульт) для удалённого управления.
Минус — работоспособность циркуляционного насоса, состояние магистрали и теплообменника первого контура зависит от качества перегоняемых грунтовых вод. Фильтрация обязательна.
Исключить появление сложно решаемых проблем с дорогостоящим оборудованием, поможет анализ грунтовых вод. Который следует сделать до покупки теплового насоса системы «вода-вода».
Основные характеристики Viessmann Vitocal 300-G WWC 110
| Характеристика | Значение |
| Схема работы | Вода — вода |
| Тепловая мощность, кВт | 13.6 |
| Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор/тэны), кВт/ч | 400 / 2.3 / 9 |
| Температура теплоносителя на выходе, °С | 60 |
| Диапазон рабочей температуры первичного контура, °С | 0… +35 |
| Хладагент, тип | R 407 C |
| Вес, кг | 152 |
Цены и производители
Примерная средне рыночная стоимость оборудования и его установки составляет:
Горизонтальный коллектор:
- Насос – 4500$;
- монтаж — 2500$;
- стоимость эксплуатации — 350$ в год.
Геотермальный зонд:
- Насос – 4500$;
- монтаж — 4500$;
- стоимость эксплуатации — 320$ в год.
Воздушный — для дома:
- Насос – 6500$;
- монтаж — 400$;
- стоимость эксплуатации — 480$ в год.
Насос для дома «вода-вода»:
- Тепловой насос – 4500$;
- монтаж — 3500$;
- стоимость эксплуатации — 280$ в год.
Приведенные цены не окончательны. Конечная стоимость будет зависеть от страны и компании-производителя устройства, типа местности, климатических особенностей, цены бурения, строительных условий и т.д. Например, цена воздушного насоса от российского производителя составит около 7000$, а от зарубежного – 13000$.
Также не нужно забывать о стоимости электроэнергии. Несмотря на то, что оборудование не потребляет много электричества, эти расходы непременно следует учитывать при составлении общей сметы и планировании бюджета.
Нюансы эксплуатации
Для эффективного использования принципа работы ТН требуется соблюдение нескольких условий.
Во-первых, обогреваемое помещение необходимо утеплить. Потери тепла не должны составлять более 100 Вт/м2.
Тепловой насос выгодно применять для отопления низкотемпературных систем, например, системы «теплый пол». Количество преобразования тепла зависит от соотношения температуры входного и выходного контуров. В этом случае каждый потраченный киловатт электроэнергии перекачает в дом около пяти киловатт тепла.
Особенности отопления дома зимой
Для стабильного отопления при помощи ТН в зимний период требуется монтировать системы, где в качестве теплообменника используется водоем с достаточным запасом воды или грунт. Систему воздух — воздух можно в зимний период эксплуатировать в местности с мягким климатом, где температура наружного воздуха редко опускается ниже нуля градусов.
В зимний период также желательно использовать дополнительные источники тепла — тогда при значительном понижении температуры наружного воздуха можно использовать именно их. В этом случае нет необходимости использовать ТН с большой избыточной мощностью, которая практически никогда не нужна, но которая существенно влияет на его цену.
Как сделать насос своими руками
ТН изготовить своими руками вполне реально, но для этого необходимо найти хороший компрессор. Его можно купить в магазине запасных частей или использовать от старого холодильника или кондиционера.
В качестве конденсатора используется бак из нержавейки — приблизительно на 100 литров. Для контура отлично подойдут тонкие медные сантехнические трубки.
Этапы изготовления:
- С помощью уголка закрепить компрессор к стене в месте, где будет размещаться ТН.
- Далее сделать змеевик из медных трубок: обмотать их вокруг подходящего цилиндра. Шаг намотки по змеевику должен быть одинаковым.
- Бак нужно разрезать на две половинки, внутрь вставить змеевик и заварить обратно. При этом в нем необходимо сделать несколько входных отверстий, через которые вывести трубки змеевика.
- В качестве испарителя можно использовать пластиковую бочку — в нее завести трубки внутреннего контура.
- Далее в схеме нужно создать избыточное давление для проверки герметичности.
Для транспортировки прогретой воды можно использовать обычные ПВХ-трубы (из поливинилхлорида). Заправку системы фреоном желательно сделать совместно со специалистом.
В видео ниже все о ТН системы «вода-вода»: принцип работы, типы, преимущества и недостатки, правилах монтажа.
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.
Установка своими руками
Перед установкой самодельного ТН и даже покупного желательно составить проект отопления. Предварительно производится расчет тепловых потерь в помещении. Это требуется для того, чтобы подобрать наиболее эффективный насос, который будет снабжать теплом в необходимом количестве. Для монтажа оборудования требуется оценка технических условий.
Если хочется приобрести ТН, который берет тепло из земли, тогда нужно изучить состав грунта и глубину его промерзания. Перед установкой пробурить отверстия на необходимую глубину.
При установке ТН «вода — вода» требуется изучить водоем и глубину его промерзания. Потом сделать вычисления необходимой длины контура и оптимальной глубины для погружения рукава.
Средняя стоимость проектирования и подготовительных работ составляет около 35 тысяч рублей (без бурения). Сама установка насоса не требует много времени и занимает примерно 2-3 рабочих дня.
При установке ТН необходимо придерживаться намеченного плана работ:
- бурение скважины;
- установка зондов и их погружение на глубину;
- погружение коллектора, в который установлены теплообменники;
- опускание труб с теплоносителем, а также — с хладагентом;
- разводка труб и их соединение;
- установка баков, снабженных термометром и нагревательным элементом;
- подключение к электросети;
- подключение к системе отопления дома;
- пробный запуск системы.
Воздушные — сплит и моно
Применять воздушные ТН выгоднее в южных регионах, где температура редко опускается ниже 0 °С, но современное оборудование способно работать и при —25 °С. Чаще всего устанавливают сплит-системы, состоящие из внутридомового и наружного блоков. Внешний комплект состоит из вентилятора, обдувающего радиаторную решетку, внутренний — из конденсаторного теплообменника и компрессора.
Конструкцией сплит-систем предусматривается реверсивное переключение режимов работы с помощью клапана. Зимой внешний блок является генератором тепла, а летом наоборот — отдает его наружному воздуху, работая как кондиционер. Воздушные ТН отличаются предельно простым монтажом внешнего блока.
Другие преимущества:
- Высокая эффективность работы наружного блока обеспечивается большой площадью теплообмена радиаторной решетки испарителя.
- Бесперебойная работа возможна при температуре наружного воздуха до —25 °С.
- Вентилятор размещается за пределами помещения, поэтому уровень шума находится в допустимых пределах.
- Летом сплит-система работает как кондиционер.
- Автоматически поддерживается заданная температура внутри помещения.
Проектируя отопление зданий, расположенных в регионах с продолжительной и морозной зимой, необходимо учитывать низкую эффективность воздушных ТН при отрицательных температурах. На 1 кВт затраченной электроэнергии приходится 1,5–2 кВт тепла. Поэтому надо предусматривать дополнительные источники теплоснабжения.
Самый простой монтаж ТН возможен в случае применения моноблочных систем. Внутрь помещения заходят только трубки с теплоносителем, а все остальные механизмы находятся снаружи в одном корпусе. Такая конструкция существенно повышает надежность работы оборудования, а также снижает шум до величины менее 35 дБ — это на уровне обычного разговора двух человек.
