Каталог

Виды тепловых насосов

В США более 10% новостроек оборудованы тепловыми насосами разных типов, норвежцы, у которых более 98% тепловой и электрической энергии производится от восполняемых источников энергии, предпочитают ТН «воздух-вода», а шведы используют воды Балтийского моря в качестве источника низкопотенциального тепла для ТН типа «вода-вода».  

В Украине тепловые насосы только набирают популярность, но ежегодно их количество растет в геометрической прогрессии. Поэтому стоит разобраться, какие бывают виды ТН, чтобы правильно выбрать оборудования, исходя их внешних факторов и потребностей конкретного здания.  

Первичный источник энергии теплового насоса

Суть работы всех тепловых насосов заключается в переносе тепловой энергии воздуха, земли или воды в систему отопления (охлаждения).

«Воздух-вода»

Использование воздуха как первичного источника тепловой энергии – наиболее простой и наименее трудо- и финансово затратный способ обогрева помещений. С помощью вентилятора воздух из окружающей среды поступает в наружный блок  теплового насоса   на теплообменник отбора тепла . По этому теплообменнику циркулирует фреон, который направляется в компрессор, сжимается, поступает на теплообменник конденсатора и передает тепловую энергию в отопительную систему. Тепловой насос «воздух-вода» эффективно работает при температуре воздуха на улице до -20°С, а некоторые модели и при -30°С.

Агрегат в процессе работы использует электрическую энергию из сети: в среднем на 1 кВт электроэнергии насос производит от 3 до 5 кВт тепловой энергии. Оборудование можно устанавливать и в новых зданиях, и модернизировать устаревшие системы отопления. Большинство моделей ТН летом используют для охлаждения воздуха в комнатах.

«Воздух-воздух»

Воздушно-воздушные насосы отбирают тепло из воздуха на улице и передают его непосредственно воздуху в помещении. Простота конструкции и эффективность работы позволяют использовать агрегаты «воздух-воздух» в разных типах помещения для отопления, нагрева воды, а некоторые модели и для охлаждения.

«Вода-вода»

Вода – один из возможных источников тепла для ТН. С этой целью используют грунтовые воды, наземные водоемы, а также тепловую энергию сточных и технических вод. В каждом варианте есть достоинства и недостатки, а также особенности обустройства системы:

  • Для получения тепла от подземных вод необходимо бурение двух скважин: верхняя (по течению) нужна для забора воды в систему, а нижняя для сброса.
  • Чтобы использовать тепло воды в водоеме, по его дну укладывают трубы – зонд. Важно, чтобы глубина водоема была больше 3 метров, а температура на дне оставалась стабильной круглый год.
  • Сточные воды как источник тепловой энергии часто используют в городах и на предприятиях. Для обустройства такой системы необходима установка промежуточного теплообменника из стойких к коррозии материалов.

Тепловые насосы «вода-вода» считаются наиболее эффективными, экологичными и экономически выгодными источниками тепла для отопления и охлаждения жилых, коммерческих и производственных зданий.

 «Грунт-вода»

Поскольку температура грунта на глубине более 2 метров остается неизменной на протяжении всего года, низкопотенциальное тепло земли часто используют как источник тепловой энергии для тепловых насосов. Есть несколько способов монтажа системы «грунт-вода»:

  • Вертикальные зонды: в скважины глубиной 20-150 м укладываются трубы. Такой способ получения тепловой энергии земли наиболее дорогостоящий из-за бурения глубоких скважин и наиболее эффективный. Он считается уместным, если земельный участок имеет небольшую площадь или состав грунта не позволяет прокладывание горизонтальных труб.
  • Горизонтальные коллекторы: спиралевидные или змеевидные зонды укладывают на глубину до 3 метров (ниже уровня промерзания), площадь зависит от теплопотребностей помещения, но из-за гидравлического сопротивления общая длина контура не должна превышать 150 м.
  • Вертикально-горизонтальные: спиральные, кластерные (наклонные скважины), «корзина». Объединяют преимущества двух видов зондов, укладываются на глубину до 5 метров.

Все виды зондов исполняют одну роль: отбирают низкопотенциальное тепло грунта и передают его на испаритель, в котором находится охлажденный хладагент под низким давлением. Нагретый от теплоносителя фреон, сжимается компрессором, что приводит к повышению его температуры. Сжатый и разогретый фреон поступает в конденсатор, где отдает тепло в контур отопительной системы здания. Далее он проходит через дроссель: остывает, давление понижается и цикл начинается заново.  

Несмотря на необходимость крупных капиталовложений во время бурения и установки зондов, системы с ТН «грунт-вода» остаются одними из наиболее популярных, поскольку оборудование отличается долговечностью, качество его работы не зависит от температуры окружающей среды. В первичном контуре системы в качестве теплоносителя используют рассол или воду.

Выбор теплового насоса по типу первичного источника энергии зависит от множества факторов: места расположения и технических особенностей здания, условий окружающей среды, бюджета на установку оборудования.   

Конструктивные особенности тепловых насосов

Работа всех тепловых насосов основана на принципе обратного цикла Карно, но, в зависимости от первичного источника тепла, оборудование отличается по конструкции. Так, «воздушные» ТН бывают двух типов:

  • Моноблок подразумевает размещение всех деталей агрегата в одном корпусе, отличается простотой установки, имеет заводскую регулировку автоматики. К недостаткам моноблоков относится низкий уровень защиты от отключения электроснабжения..
  • Сплит-система состоит из внутреннего и внешнего блоков, соединенных между собой магистралями (трубками). Такая конструкция обеспечивает устойчивость к кратковременным отключениям электричества.

Тепловые насосы «воздух-воздух» имеют два вентилятора, которые увеличивают интенсивность теплообмена и обеспечивают передачу тепла от насоса в помещение.  

ТН «воздух-вода» оснащены одним вентилятором, который передает тепловую энергию на теплообменник испарителя.

Геотермальные тепловые насосы изготавливают в виде моноблоков: компрессор, испаритель, конденсатор, терморегулирующий дроссель, циркуляционные насосы, соединительные трубки и система управления расположены в одном корпусе, к которому подключаются грунтовой контур и контур системы отопления здания.  

Конструктивно отличаются тепловые насосы для отопления и агрегаты для отопления и горячего водоснабжения. Последние имеют внутренние блоки со встроенным баком ГВС. Также ТН без бака ГВС можно дополнительно доукомплектовать отдельно стоящим резервуаром для нагрева воды контура горячего водоснабжения.

Помимо основной функции – нагрева, некоторые модели тепловых насосов имеют и функцию охлаждения. Реверсивные тепловые насосы могут работать в двух направлениях:

  • Зимой они отбирает тепловую энергию из окружающей среды и передает ее в отопительный контур;
  • Летом, работая на охлаждение, система с тепловым насосом отбирает тепло из помещения и сбрасывает его в окружающую среду.

Важную роль в функционировании насоса в двух направлениях играет система отопления здания. Большинство тепловых насосов предназначены для использования в низкотемпературных отопительных системах, самой популярной из которых считается теплый пол. Однако кондиционирование воздуха в помещении за счет охлаждения пола может быть некомфортным – его температура должна быть в пределах 16-19°С. С этой целью лучше предусмотреть отопление и охлаждение «теплыми стенами» или фанкойлами – по принципу работы похожи на обычные радиаторы, но имеют в несколько раз большую площадь, что позволяет качественно отапливать и охлаждать помещения в низкотемпературной системе с тепловым насосом.

Конструкционные особенности оборудования и необходимый функционал нужно учитывать на этапе проектирования системы отопления с ТН.

Виды тепловых насосов по типу компрессора

Компрессор теплового насоса необходим для сжатия газообразного хладагента, который поступает из испарителя. Сжатие обеспечивает повышение давления и, как следствие, температуры хладагента. Компрессоры по способу управлению делятся на два типа:

  • Стоп/старт или работа в режиме «включение/выключение» регулируется автоматикой системы отопления и потребностями в тепловой энергии. Такой принцип управления наиболее простой, бюджетный и надежный в плане отсутствия дополнительных деталей. Однако, во время запусков-отключений компрессор подвергается большему износу, расход электроэнергии увеличивается, зачастую, необходим монтаж буферной емкости в отопительной системе или установка программного обеспечения, которое контролирует количество пусков.  
  • Инверторный: работает непрерывно, при этом скорость вращения регулируется в зависимости от необходимой мощности, что обеспечивает плавность и большую эффективность работы оборудования. Инвертор обеспечивает низкие пусковые токи и уменьшает шумность работы агрегата.

Тепловые насосы с инверторным типом управления компрессором стоят дороже, чем оборудование с системой «стоп-старт», однако они обеспечивают более стабильную работу и экономят затраты электричества. Также некоторые производители изготовляют модели ТН с двумя отдельными компрессорными блоками (старт/стоп + инверторный) для более сбалансированного теплоснабжения и уменьшения пусковых нагрузок.

Для выбора вида теплового насоса по первичному источнику энергии, конструкционным и функциональным особенностям, типу управления компрессором, необходимо учитывать множество факторов: теплопотребности, площадь и технические характеристики здания, месторасположение, площадь участка, особенности грунта, климатические и погодные условия, бюджет на закупку оборудования, модернизацию или обустройство с нуля системы отопления. Чтобы система с тепловым насосом работала эффективно и обеспечивала дом теплом, важно, чтобы все работы по расчетам, установке и запуску проводили опытные специалисты.

Слайдер

Внутренний блок теплового насоса "воздух-вода"

Слайдер

Грунтовый тепловый насос с инверторным компрессором

Слайдер

Внешний блок теплового насоса "воздух-вода"

01 /