Тепловой насос: история, типы, особенности

Автор записи
17 фев 2016
13 мин чтения
2 комментария
5 / 5

Тепловой насос – универсальная система, которая объединяет функции котла, горячего водоснабжения и кондиционера. 

История изобретения

Что такое тепловой насос, какой тепловой насос лучше и как работает тепловой насос - разберемся в этой статье. Принцип работы теплового насоса основан на обратном цикле Карно. Именно поэтому, история их возникновения напрямую связана и началась ещё в 1834 году, когда Джекоб Перкинс построил первую компрессионную холодильную машину. Концепция тепловых насосов была разработана на базе цикла Карно в 1852 году физиком и инженером Уильямом Томпсоном (Лордом Кельвином). В дальнейшем она усовершенствована австрийским инженером Петером Риттер фон Риттингером, он же спроектировал и установил первый тепловой насос. А через сто лет, в 1930-е годы, изобрели первый полноценный тепловой насос, который обогревал помещение и снабжал жителей дома горячей водой. Данную функциональную установку впервые представили в Англии, а после – и в США. После этого началось активное производство тепловых насосов по всему миру и, с каждым годом, оно набирает все больше оборотов и быстро совершенствуется. Мощную систему часто устанавливают как в частных домах, так и больших офисных или промышленных зданиях («The Empire State Building» (Нью-Йорк, США)).

Преимущества тепловых насосов

  • Эффективность. При температуре наружного воздуха +7°C и нагревании воды в контуре отопления до +35°C, COP (Coefficient of performance показывает во сколько раз выработанной тепловой энергии больше, чем затраченной электрической) теплового насоса (например, воздух-вода Viessmann Vitocal-100S) составляет 4,8;
  • Универсальность использования. Агрегат способен обеспечить комфорт в любой сезон. Зимой он используется для нагрева помещений, летом – для охлаждения;
  • Экологичность. Тепловой насос не выделяет вредных выбросов в атмосферу или перегретых газов;
  • Безопасность. При использовании теплового насоса не используется топливо, следовательно, нет открытого огня. Нет необходимости вмешиваться в работу насоса и плюс ко всему - защитная автоматика для аварийных случаев;
  • Простота в использовании. Тепловые насосы, в основном, полностью автоматизированы, что избавляет пользователя от необходимости вмешиваться в работу аппарата;
  • Неприхотливость к системе вентиляции. Теплонасос не предусматривает особых требований к системе вентиляции, в отличии от традиционных газовых и, тем более, твердотопливных котлов. Тепловой насос не требует частого обслуживания, благодаря замкнутому контуру хладагента;
  • Долговечность. Тепловые насосы могут работать до 20 лет без капитального ремонта;
  • Эргономичность. Внутренние блоки тепловых насосов занимают крайне мало места в помещении по сравнению с котлами. А самая габаритная часть данного агрегата – внешний блок, размещается за пределами помещения.
График границ рабочего диапазона теплового насоса

Особенности тепловых насосов

  • Ограниченный низкотемпературный режим (в случае с воздушными тепловыми насосами). Тепловые насосы в режиме отопления не могут работать при температуре внешней среды ниже -22°C.
  • Эффективность использования в тандеме с системой теплого пола в связи с низкой температурой теплоносителя (не выше +35°C).
  • Непостоянный показатель эффективности (в случае с воздушными тепловыми насосами). Максимальное значение СОР достигается только при работе в номинальном режиме (+7°C/+35°C), при снижении температуры внешней среды он уменьшается.
  • Сложный монтаж геотермальных насосов. Подготовка к установке теплового насоса типа «грунт-вода» требует проведения земляных работ, что влечёт за собой дополнительные затраты. Тем ни менее, насосы такого типа являются самыми эффективными и имеют стабильное значение СОР. Так что, установку такого насоса можно воспринимать как надёжный депозит.

Виды тепловых насосов

В зависимости от источника отбора тепла, тепловые насосы делятся на: 

Тепловой насос "Грунт - Вода" (геотермальный насос)

Геотермальный тепловой насос – система центрального отопления или охлаждения, которая функционирует при помощи тепловой энергии земли. Данный агрегат использует геотермальную энергию земли, так как грунт способен отдавать тепло вне зависимости от погодных условий, ведь на глубине 5-7 метров температура, практически, постоянна в течение всего года (+7°C - +12°C). Постоянная температура почвы создает основу для высокой эффективности преобразования низко потенциального тепла для обогрева помещений и горячего водоснабжения.

Итак, давайте выделим основные преимущества и недостатки тепловых насосов «грунт-вода».

Преимущества:

  • высокий и стабильный КПД в течение года, так как температура грунта в течении года неизменна;
  • возможность летнего охлаждения;

Недостатки:

  • высокая стоимость оборудования и затраты на его установку;
  • при установке этих агрегатов требуется значительная площадь для бурения скважин или прокладки коллекторов в грунт.

Следует отметить, что грунтовый коллектор может быть как горизонтальным, так и вертикальным.

Подберите себе тепловой насос

Горизонтальный коллектор геотермального теплового насоса размещается в специально выкопанных горизонтальных траншеях ниже глубины промерзания почвы (1,2 метра и выше). Наиболее часто эти устройства используются для частных домов и для их размещения требуется большая площадь. Особенностями горизонтальных коллекторов в тепловых насосах являются высокие годовые коэффициенты эффективности и надежность, а также то, что площадь земельных работ зависит от мощности теплового насоса.

Вертикальный коллектор геотермального теплового насоса размещается вертикально в скважины, глубиной до 200 метров. Устройства актуальны для установки на небольших участках, где нет достаточной площади для размещения горизонтальных коллекторов. Количество вертикальных зондов зависит от мощности теплового насоса.

Тепловой насос "Вода - Вода"

Тепловые насосы вода-вода - идеальное решение для тех, кто живет поблизости зоны нахождения водоемов. Это могут быть как поверхностные воды (реки, озера), так и почвенные (скважины). Установка данной системы легче, чем "грунт-вода". Ттепловой насос вода-вода принцип работы: водяной коллектор просто укладывается на дне водоема. Длина коллектора зависит от мощности насоса. Поэтому очень важно, чтобы размер водоема был достаточным для размещения контура теплового насоса. Кроме того, тепловой насос «вода-вода» имеет наиболее высокий коэффициент эффективности, так как температура воды на дне водоема практически не меняется в зависимости от сезона и всегда равна плюсовому значению.

Использование теплового насоса "вода-вода" – не только отличное и экономичное решение для обогрева помещения любых размеров, но и хороший вариант для решения проблемы с горячим водоснабжением.

Тепловой насос "Воздух - Вода"

Тепловой насос воздух-вода рассчитан на круглогодичное использование, он утилизирует тепло наружного воздуха.

Принцип работы теплового насоса

Его особенностью является возможность работать как на обогрев и подготовку горячей воды, так и на охлаждение помещения. Данный агрегат не может работать самостоятельно, так как его производительность зависит от температуры (чем она ниже, тем меньше тепла вырабатывает тепловой насос). Он может стать частью уже существующей системы отопления, значительно повысив ее продуктивность и отлично дополнив её.

Тепловой насос воздух-вода принцип работы достаточно прост. Устройство извлекает тепло из наружных воздушных масс и передает его воде. Существенным преимуществом такого оборудования считается небольшой уровень издаваемого шума и низкая цена, по сравнению с другим типами теплового насоса. Лучшие тепловые насосы воздух вода представлены в салоне климатической техники Альтер Эйр.

Тепловой насос для бассейна - отличное решение, так как может обеспечить и нагрев воды, и отопление самого помещения. 

Товары из статьи

Тепловой насос "Воздух - Воздух"

Принцип работы теплового насоса

Одно из самых весомых преимуществ теплового насоса воздух-воздух является то, что для его монтажа требуется меньше всего усилий (по сравнению с остальными видами тепловых насосов). Этот тип может производить тепловую энергию зимой, и холодную – летом. Важно отметить, что тепловые насосы «воздух-воздух» можно применять не только для отопления дома, но и для охлаждения.

Основными достоинствами таких тепловых насосов является их высокая экономичность, безопасность и удобство в эксплуатации, а также низкий уровень шума при работе.

Принцип работы теплового насоса

Всё гениальное – просто. Принцип работы теплового насоса практически ничем не отличается от обычного холодильника. Тепловой насос принцип работы: в качестве «морозилки» используется грунт, вода или воздух из внешней среды (в зависимости от типа теплового насоса). Лорд Кельвин впервые презентовал практическую систему «умножителя тепла» в 1852 г., реализованную по циклу Карно. Насос имеет 4 ключевые составляющие: испаритель, конденсатор, компрессор и дроссельный клапан.

Цикл работы насоса начинается с того, что хладагент проходит контур испарителя, «отнимая» у них небольшой потенциал тепловой энергии.  Далее, рабочее тело поступает компрессор (аппарат, способный сжимать газообразные вещества), где «капитал» приумножается в следствии ещё более эффективного сжимания.

Принцип работы теплового насоса

На выходе из компрессора, фреон имеет максимальную энергию, которую он готов отдать в контур отопления, проходя через теплообменник конденсатора. Отдав максимально возможное количество тепла, хладагент, уже в жидком, состоянии проходит через дроссельный (расширительный) клапан, уменьшая свой тепловой потенциал ещё больше. Это выгодно, так как чем больше будет разница между рабочим телом и нагревающей средой, тем эффективней будет происходить теплообмен в контуре испарителя (больше «стартовый капитал» и меньше затрачиваемой электрической энергии).

Экономичность работы теплового насоса по примеру Viessmann Vitocal-100 S

В условиях украинского климата тепловые насосы не могут обеспечить должный уровень возмещения теплопотерь на протяжении всего года. Поэтому, тепловые насосы рекомендуется устанавливать совместно с дополнительными пиковыми источниками тепла, которые его «прикроют» и снабдят вас теплом в самый холодный период. Несмотря на то, что стоимость монтажа возрастает, экономичность такой системы всё равно остаётся на рекордном уровне.

Стоимость отопления дома разными источниками энергии

Подводим итоги

Тепловой насос для отопления дома– весьма полезное и экономично-целесообразное устройство, которое поможет значительно снизить потребление традиционных источников энергии. Стоит отметить, что для корректного и правильного функционирования данного оборудования нужно проектирование отопления и установка систем отопления в исполнении специалистов.

Обратившись в компанию Альтер Эйр, вы получите исчерпывающую консультацию от наших сотрудников, которые не только помогут подобрать необходимое оборудование, но и обеспечат его правильную установку и пуско-наладку. Можно также ознакомиться с типовыми решениями по этим внедрению этих систем. Узнать подробнее о тепловых насосах можно по телефонам 0800330828.

Хотите стать нашим партнером?

Оставьте свои контакты и наш сотрудник свяжется с Вами в ближайшее время


Отзывы и вопросы
  • 5 / 5

    Михаил Петрович

    Спасибо за информацию. Долго сомневались, но вы нас "добили", особенно понравился видео - обзор. Все четко и по существу. Ничего лишнего, все по теме.

  • 5 / 5

    Ольга

    Статья соответствует названию - все описано четко и доступным языком. Понятно будет даже для новичков в этой области.