Устройство и схема работы теплового насоса

Принцип работы теплового насоса основан на схеме перекачивания тепловой энергии из одного объема в другой. По этому принципу работают современные морозильники – тепловая энергия внутри камеры выкачивается и отводится наружу. В насосе использован тот же принцип, только наоборот – тепло выкачивается из окружающей среды и подается в конечный объем здания или помещения.

Схема работы геотермального насоса

В прошлом, когда топливо было дешевым, идея таких аппаратов не выходила далеко за рамки опытных образцов, так как отапливать дом углем или дровами выходило проще или дешевле, чем возиться со сложной схемой технической установки. Но с удорожанием энергоносителей и развитием технологий, позволивших сделать тепловые наносы эффективнее, их использование получило достаточно широкое распространение, ведь достаточно один раз заплатить за покупку или монтаж и забыть о проблеме расхода топлива.

История создания

Появление тепловых насосов уходит корнями в конец 19 века, когда в процессе разработки первых промышленных холодильных установок были созданы машины, которые могли перекачивать из одного объема в другой в два раза большее количество тепловой энергии, чем требовалось для обеспечения их работы. Их создание послужило толчком для активного развития данного направления в разработке аппаратов теплообмена, благодаря чему и появились современные тепловые насосы, которые можно назвать наиболее экономной и неприхотливой отопительной системой для частного из всех существующих в настоящее время, о чем свидетельствует не только мнение производителя, но и отзывы многих покупателей.

Уильям Томсон — в 1852 году разработал прототип теплового насоса

Особенности и виды конструкций

Основными элементами любого вида тепловых насосов являются наружный и внутренний тепловой контуры. Наружный контур располагается либо глубоко в грунте, либо в подземном или обычном озере, если таковое имеется рядом с домом. В зависимости от нюансов конструкции, наружный контур может иметь различные схемы реализации, но у всех его вариантов задача только одна – прокачка теплоносителя и сбор энергии из среды, в которой размещен сам контур. Из него тепловая энергия поступает в компрессор, где регулируется до нужного уровня температуры и передается на внутренний контур, отапливая дом или отдельное помещение.

Так выглядят детали теплового устройства

Внутренний контур может представлять собой как систему водяного отопления, так и систему горячего водоснабжения. Сам тепловой насос лишь обеспечивает сбор и аккумуляцию тепловой энергии из внешней среды, а ее распределение может быть каким угодно, в зависимости от индивидуальных нужд. Большинство современных тепловых насосов работает в двух режима, отопительном и охлаждающем. В кондиционирующем режиме охлаждающий контур выводит тепло за пределы дома, а не подает, поэтому тепловые насосы можно считать универсальными и вдвойне экономичными устройствами, так как при монтаже такого устройства отпадает необходимость в установке отдельных систем кондиционирования.

Самый простой способ размещения внешнего контура, это водная среда, причем в случае с открытым вариантом, водная среда является одновременно и тепловым носителем.

Варианты наружного контура с водным размещением:

• Тепловой насос с наружным контуром открытого цикла забирают грунтовые воды из скважины и, прогнав ее через контур, возвращают обратно в грунт в остуженном виде. Такой вариант насоса считается одним из самых эффективных, что подтверждают и отзывы людей, установивших такую систему, так как подземные воды имеют достаточную для эффективного отопления температуру, которая не меняется круглый год.
• Второй вариант контура с водным размещением это контур закрытого цикла. При таком устройстве шланг или труба с циркулирующей водой размещаются в подземном или близлежащем водоеме. То есть вода, которая циркулирует в системе отопления, не имеет прямого контакта с внешней средой и нагревается за счет вытягивания тепловой энергии воды в водоеме, но всегда находится внутри контура. Разница в выборе между схемами открытого и закрытого контура заключается лишь в условиях, в которых требуется создать отопительную систему – открытый вариант используется в случае отсутствия любых озер и водоемов в радиусе досягаемости. Недостатки таких вариантов размещения контура – необходимость насыщенных грунтовых вод или водоема рядом или под домом.

Контур закрытого цикла с водяным размещением

В случаях, когда вблизи дома нет водоемов, а подземные воды не соответствуют отопительным требованиям, внешний контур размещается непосредственно в грунте под домом или на территории всего участка.

Наружные контуры, размещаемые в грунте:

• Горизонтальный грунтовый контур теплового насоса предполагает размещение коллектора с водой, собирающей тепло прямо на территории участка вокруг дома. Коллектор должен находиться на глубине менее метра, чтобы обеспечивать требуемый уровень отопления в зимнее время. Но такой вариант расположения контура имеет свои недостатки – ему требуется большая площадь размещения, например, для стабильной работы в доме площадью 200 м² ему требуется около 500 м² территории. При его укладке в грунт нужно соблюдать дистанцию в 1.5 м от крон деревьев, иначе он может повредить их корневую систему. Правильно размещенная схема внешнего контур никак не отражается на состоянии почвы участка и зеленых насаждениях.

  

  Горизонтальный грунтовый контур

• Вертикальный контур требует для размещения коллектора скважины до 200 м², в зависимости от требуемого уровня температуры и объема теплоносителя. Уже на глубине в 15-20 м любое время года грунт имеет температуру в районе 12-15 С°, которой хватает для стабильного отопления жилых помещений стандартных размеров или обеспечения дома на одну семью горячей водой. Этот вариант контура более эффективен, чем с открытым водным размещением, и обеспечивает 5 кВт энергии на 1 кВт потраченной для обеспечения работы, но его установка является самой сложной из всех возможных.

  

  Вертикальный грунтовый контур

Экономическая эффективность

В плане финансовых расходов тепловой насос заключает в себе две крайности. Он достаточно дорог и сложен в установке, так как помимо самого насоса и коллекторных контуров, требует проведения большого объема монтажных работ как по устройству коллектора под участком, так и создание системы отопления в доме, куда будет подаваться горячая вода. Все это требует серьезных финансовых вложений и может даже отпугнуть многих покупателей.

Но на самом деле на установке геотермального насоса все траты по большому счету и заканчиваются, так как в дальнейшем не нужно оплачивать горючее, уголь или газ, а также повышенные счета за электроэнергию, в случае использования электрических приборов отопления. Так как в геотермальном насосе отсутствуют любые нагревательные элементы, а энергия потребляется лишь для приведения в движение воды в коллекторе и работы компрессора, регулирующего уровень температуры, то выходит максимально возможная экономия, которую можно получить при использовании современных отопительных систем.

Ведь после установки такой системы отопления, о ней можно практически не думать, при этом геотермальный насос не требует не только расходов на топливо, но и каких-либо хлопот в плане обслуживания, достаточно лишь время от времени проверять целостность коллектора.

В целом о тепловых насосах можно сказать, что данный вид отопления и подогрева воды является оптимальным в том случае, если дом и его системы жизнеобеспечения устраиваются с основательным подходом. Отопление геотермальными насосами надежно, эффективно и может функционировать долгие годы.