Тепловой насос: тепло зимой и прохлада летом

Тепловые насосы – это приборы, которые по принципу работы напоминают холодильники или кондиционеры реверсивного типа , то есть не охлаждают, а нагревают воздух и даже воду. Энергию они получают, превращая низкопотенциальное тепло из почвы, водоемов или воздуха в высокопотенциальное.

Кондиционер Mitsubishi Electric MSZ-HJ50VA-ER1 / MUZ-HJ50VA-ER1 с функциями охлаждения и обогрева

Принцип работы тепловой помпы основан на обратном цикле Карно, известном со школьных уроков физики. Обобщенная его суть на конкретном примере заключается в том, что насос берет тепловую энергию из одного места, транспортирует ее и отдает в дом, нагревая воздух или воду.

Из чего состоит тепловой насос?

Внутренний контур устройства состоит из следующих блоков:

• конденсатор;
• капилляр;
• испаритель;
• компрессор, работающий от электросети;
• терморегулятор;
• хладагент (газ, который циркулирует в системе).

Типы таких систем

Эта классификация описывает возможные источники тепловой энергии, используемые помпой для отопления дома. От их выбора зависит принцип действия и определяются особенности тепловых насосов.

1. Вертикальный коллектор

Представляет собой систему длинных труб, которые опускаются в глубокую скважину (50-150 м). Для реализации такой схемы нужно иметь в распоряжении небольшой участок земли, на котором необходимо выполнить достаточно дорогие бурильные работы. На указанной выше глубине температура всегда находится примерно на одинаковом уровне – 10 оC без резких перепадов, что позволяет максимально эффективно использовать энергию почвы для отопления дома.

Тепловой насос с вертикальным коллектором

2. Горизонтальный коллектор

Почва является наиболее стабильным источником рассеянного тепла, поскольку имеет практически неизменную температуру на глубине, которая ниже уровня промерзания. Системы такого типа способны использовать в качестве источника тепла энергию грунта земельного участка. Трубопровод насоса, в котором циркулирует неядовитая жидкость, должен находиться на глубине 1 м. Также необходимо обеспечить расстояние между соседними трубопроводами не менее 0,8-1 м. Специальной подготовки почвы для построения горизонтального коллектора не требуется. Ориентировочное значение тепловой мощности, которую можно получить с одного метра трубопровода, – 20-30 Вт. Таким образом, для установки теплового насоса мощностью 10 кВт необходимо построить земляной контур длиной 350-450 м. Для его укладки нужно выделить участок земли площадью около 400 кв.м.

Тепловой насос с горизонтальным коллектором

3. Водяной коллектор

Вода является наиболее универсальным теплопроводником. Моря, реки, грунтовые воды могут отдавать тепло круглый год. Использование воды ближайшего водоема или реки в качестве источника тепла является идеальным вариантом.

Преимущества такого метода: короткий внешний контур, относительно высокая температура окружающей среды (у воды в водоеме зимой она всегда плюсовая) и высокий коэффициент преобразования энергии тепловым насосом.

Значение тепловой мощности, которую можно получить с каждого метра трубопровода, составляет примерно 30 Вт. Для построения теплового насоса мощностью 10 кВт необходимо погрузить в водоем контур длиной 300 м. Чтобы трубопровод не всплывал, на каждый погонный метр целесообразно установить до 5 кг груза.

Водяной коллектор

4. Воздушный коллектор

Воздух окружающей среды особенно легко использовать в качестве источника тепла, ведь он есть везде и в неограниченном количестве. Такой тип коллектора является лучшим решением для теплых южных регионов.

Воздушный коллектор

Принцип работы теплового насоса

Под действием высокого давления хладагент через капиллярное отверстие попадает в испаритель. В нем из-за резкого перепада давления начинается процесс испарения. Далее хладагент забирает тепло из внутренних стенок испарителя, а он, в свою очередь, – у водяного или земляного контура, который постоянно от этого охлаждается.

Принцип действия теплового насоса

Затем за дело берется компрессор: он впитывает хладагент из испарителя, сжимает, резко повышая его температуру, и выталкивает в конденсатор. В последнем нагретый хладагент начинает отдавать тепло отопительному контуру и переходить в жидкое состояние.

Цикл повторяется до тех пор, пока температура в помещении не достигнет желаемой отметки. В этот момент терморегулятор просто выключает электрическую цепь, а следовательно, и тепловую помпу. После снижения температуры в отопительном контуре насос снова запускает свой рабочий цикл.

Особенности

По сравнению с традиционными способами отопления, применяя тепловой насос, можно сэкономить примерно 75% средств, которые обычно идут на оплату коммунальных счетов. Такие тепловые системы используют электроэнергию только для собственной работы, а не с целью непосредственного нагрева воздуха или воды в помещении.

Кроме отопления и нагрева воды, тепловые насосы могут выполнять функции обычных кондиционеров для охлаждения воздуха летом, что делает их универсальными и очень удобными в быту.

Преимущества

• экономичность и высокий уровень КПД;
• возможность использования в любой части планеты благодаря способности переносить тепло из воды, воздуха, почвы;
• экологичность (не требует применения топлива, сгорание которого сопровождается выбросами вредных веществ);
• универсальность (возможность нагрева и охлаждения воздуха в помещении);
• безопасность использования – ни одна из деталей не нагревается слишком сильно, что исключает вероятность возникновения пожаров или взрывов;
• надежность и долговечность (не боится длительных простоев, можно пользоваться даже после многомесячного перерыва, жидкость во внутренних блоках не замерзает).

Недостатки

• высокая стоимость;
• сложность установки;
• необходимость полного утепления дома для обеспечения эффективной работы прибора.