Тепловой насос - принцип работы

Система отопления на базе теплового насоса состоит из трех замкнутых контуров, по которым циркулирует незамерзающая жидкость. Внешний контур (собирает тепло окружающей среды), контур в самом тепловом насосе и внутренний контур (например, теплые полы). Незамерзайка течет по контуру, который уложен в грунт или водоем к тепловому насосу. Проходя через испаритель теплового насоса незамерзайка отдает 4-7 град. ⁰С хладагенту (отчего он вскипает и переходит в газообразное состояние) с низкой температурой кипения -10 град. ⁰С и охлажденная уходит опять в земляной контур. За час по коллектору протекает 2-3 куб.м незамерзающей жидкости, которые земля нагревает на 5-7 град. С.

Формулу для расчёта тепловой мощности в ГКал/час можно представить в виде:

Q = (T1 - T2) * расход теплоносителя (м3/час) / 1000, где T1 – Т2 – разность температур в градусах Цельсия.

Компрессор, сжимая пары фреона, увеличивает его температуру до 80-100 град. ⁰С и выталкивает их в конденсатор. В конденсаторе хладагент отдает тепло во внутренний отопительный контур и переходит из газообразного в жидкое состояние. И процесс повторяется снова.

Теперь рассмотрим принцип работы теплового насоса на конкретном примере. Допустим, что у нас есть участок 6-12 соток, (у кого-то гораздо больше), на котором стоит дом (100-250кв.метров). Газа на участке нет (и по всей вероятности не будет, если честно, я убежден – ОН НЕ НУЖЕН!), но зато есть электричество и, причем его немного (3-5 кВт). Могу ответственно заявить, что для полноценного (!) проживания в доме 100 кв. метров, учитывая все электрические приборы, достаточно…. внимание… 2 (два кВт!!!). Это совсем не означает, что он включится осенью, а выключится весной! Причем это не какой то компромисс с неудобствами, а очень комфортное, в смысле отопления, проживание. Мне, например, очень нравится, когда температура в доме зимой + 26 град.

Рассмотрим вариант, когда мы хотим взять тепло земли. Это самый эффективный и самый необременительный при длительной эксплуатации вариант. К его большим плюсам можно отнести возможность практически бесплатного охлаждения Вашего дома летом.

Допустим, что на участке у Вас еще ничего не посажено, поэтому Вы можете провести земляные работы. Так вот на Вашем участке мы закапываем трубу - обычную, полиэтиленовую тонкостенную трубу (диаметром 40мм). На каждый кв. метр нашего дома мы должны закопать трубу, длиной 5 погонных метров, т.е. при площади дома в 100кв. м длина трубы будет 500 метров. Вы подумали, что много?! Но на самом деле это легко выполнимая задача. Укладывать трубу земляного коллектора следует змейкой и не ближе 2.5 - 3 м от строений, в противном случае получим под ними «вечную мерзлоту». Контур укладываем на глубину 1.20-1.40м от поверхности земли. Расстояние по осям 0,9-1м.

Если змейку контуров будет пересекать, например, канализационная труба, ее можно уложить несколько глубже. Контур на нее глобального воздействия оказывать не будет. Температура земли на этой глубине в конце отопительного сезона может быть 0 или -1 максимум. Трубу укладываем бухтами по 100 - 200 метров, соединяя ее муфтами. Муфты закапываем после опрессовки всей трубы. И два конца этой самой трубы мы подключаем к холодной стороне теплового насоса. Теперь заполняем нашу трубу незамерзающей жидкостью (этиленгликолем) в народе – тосолом, антифризом. Для устройства земляного контура необходима «Гостовская труба» из ПНД (полиэтилен низкого давления), для холодной воды (продается в бухтах по 100-200 м, толщина стенки 2.3 мм, на максимальное давление 6 атм. Все, теперь переходим в дом.

Очень важно!

Отапливая дом тепловым насосом лучше всего внутри дома устроить теплые полы. Можно конечно использовать традиционные батареи, но тогда размер их должен быть несколько больше, чем обычно. Можно использовать и комбинированную схему. Например, теплые полы+ радиаторы.
Теплый пол удобен еще тем, что средняя температура пола составляет плюс 27-35 градусов, что очень комфортно для ног. Для устройства теплого пола используется пластиковая труба из «сшивного» полиэтилена диаметром 16- 20 мм, которая укладывается для каждого помещения отдельно. Затем все начала, и концы этих трубок соединяются вместе через коллектор и у нас опять на выходе два конца, которые мы подключаем уже к горячей стороне теплового насоса. И снова все трубки, теперь уже теплого пола, заполняем тем же этиленгликолем!

Теперь идем к нашему тепловому насосу и включаем его. Что же происходит?

При включении теплонасос тестирует питающую его сеть 380 В или 220 В. Затем включается циркуляционный насос холодного контура и тестируется температура в нем. Если температура не ниже-5градусов, разрешается включение горячего циркуляционного насоса. Если температура уходящего носителя не высока (т.е. в помещении прохладно) происходит пуск компрессора через 5 минут после команды контроллера. Точность поддержания 1 град. При нагреве помещений до заданной температуры, холодный контур "останавливается", а горячий циркуляционный насос работает постоянно, что позволяет считывать температуру носителя.

В течение всего лета Ваш участок прогревал термоядерный реактор в отличном состоянии (работает миллиарды лет и еще столько же проработает – это Солнце) и температура на глубине закопанной нами трубы к концу лета составляет 12-16 градусов. Земля набрала тепло от солнца. За зиму земля остывает ступенчато и к началу весны температура земли уже составляет +1 -1 градус.

По трубе в земле в сезон отопления циркулирует этиленгликоль (при помощи маломощного циркуляционного насоса). Тепловой насос, прогоняя по контуру, уложенному в землю теплоноситель, пытается охладить землю, но делает это крайне медленно. Например, в конце зимы он отправляет в земляной контур -5, а оттуда, пройдя полкилометра, возвращается 0, мы опять туда -5, и снова 0 обратно. А труба-то диаметром 40мм! и проток большой, так что получается, что земля это большое количество жидкости нагревает на 5 градусов. Вот это-то тепло тепловой насос переносит в положительный вектор температур и преобразует в температуру 50-70 градусов (для горячего водоснабжения) и до 40 градусов (для теплых полов). Оптимально в теплые полы отправляем 35 градусов, а возвращается, при этом нагревая наш дом, 27 градусов. Мы туда опять 35, а обратно опять 27.

Вот и весь принцип работы теплового насоса!

Ну а если у Вас нет возможности закапывать контур или большой дом на маленьком участке, то возможно другое, достойное внимания, решение. Вы бурите на участке две скважины, не ближе 15 метров друг от друга (для водоснабжения Вам все равно одна потребуется). Тепловой насос отбирает 4-5 градусов у поднимаемой из скважины воды, температура её всегда стабильна (7-8 градусов) и не меняется. Охлаждает и затем сбрасывает ее в другой колодец или в ливневую канализацию или водоем или…. Коэффициент при этом способе остается высоким, даже учитывая дополнительное потребление электричества погруженным насосом. Есть еще и другие способы, используемые при отоплении дома тепловым насосом, но все они очень индивидуальны для конкретного дома.