ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насосаhttps://media.dom-i-remont.info/2020/09/tepl-nasos-768x355.jpgТатьяна

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

07.09.2020
8 мин.
Отопление

Любой владелец частного дома хочет минимизировать расходы, которых требует обогрев дома и ГВС. Поэтому сейчас нередко вместо традиционных видов топлива и таких же привычных приборов выбирают альтернативный вариант. Это использование теплового насоса, или ТН — эффективной установки, которая позволяет получить тепло практически даром — из воздуха, воды или земли, но не затратить на такую «добычу» значительное количество электроэнергии. Недостаток у этого способа есть: это большие первоначальные вложения, которые отпугивают потенциальных покупателей. Однако другое решение есть: тепловой насос при желании можно сделать самостоятельно. В этом случае есть шанс сократить расходы почти вдвое. Первым этапом и «головной болью» для создателя ТН обычно становится выбор компрессора для теплового насоса.

Что такое тепловой насос?

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

Перед тем как изучать интересующую тему, не мешает познакомиться с оборудованием, которое для многих может быть пока незнакомым. Тепловой насос — это не «одинокий» и компактный агрегат, а целая система, предназначенная для охлаждения или отопления помещений, для подготовки воды для системы горячего водоснабжения. Ее можно назвать «холодильником наоборот».

Особенности оборудования

Принцип его работы заключается в переносе тепла, забранного у воды, воздуха или грунта к водонагревателю ГВС, отопительной системе — к конвекторам, радиаторам либо к другим использующимся приборам.

Тепловой насос назвали так из-за его способности выкачивать тепло из воздуха, воды или грунта. Он не в состоянии сам производить энергию, как это делают отопительные котлы. Для функционирования установке необходима электроэнергия, она нужна вентиляторам, компрессору, блоку управления, циркуляционным насосам.

Принцип работы

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

В основе принципа действия любого ТН лежит цикл Карно, который используется в кондиционерах, сплит-системах. Каждая среда содержит тепло, а благодаря новым технологиям извлечь его можно из очень холодного воздуха (до -30°), а также из относительно теплой воды и грунта (выше 2°).

Как функционирует ТН?

Рабочая жидкость, используемая в цикле Карно — хладагент — фреон. Этот газ способен закипать при отрицательной температуре. После испарения в теплообменнике он конденсируется, забирая тепловую энергию у среды, а потом переносит ее в другое место.

Работа теплового насоса основана на одновременном функционировании трех контуров, взаимодействующих между собой. Роль теплоносителя исполняют жидкости, циркулирующие по трубам.

  1. В первом контуре находится теплоноситель, задачей которого является забор энергии из низкотемпературной среды (воздух, вода, грунт).
  2. Во втором находится жидкость/газ — вещество, имеющее низкую температуру испарения — хладагент (фреон). Он забирает тепловую энергию, затем, испаряясь и конденсируясь, повышает температуру, а потом передает тепло третьему контуру.
  3. Третий элемент — отопительная система. Как правило, тепловые насосы чаще работают с определенным его видом — с теплыми полами. Третий контур, забирая энергию, нагревает воздух в помещениях.

Принцип действия ТН очень похож на работу климатической техники в режиме обогрева.

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

  1. Фреон-жидкость следует по наружному испарителю. Забирая тепло от внешней среды, он закипает, потом испаряется.
  2. После перехода в газообразное состояние он перемещается в компрессор, главная задача которого повышение давления. Благодаря сжатию температура фреона растет, затем он конденсируется.
  3. Во внутреннем теплообменнике хладагент, превращаясь в жидкость, отдает тепло воде, которая исполняет роль теплоносителя. Затем фреон снова следует в дроссель, резко понижающий давление, и цикл повторяется.

Принцип работы тепловых насосов всех видов ничем не отличается, однако в разных типах систем используются свои виды теплоносителя. Например, в устройствах «грунт — вода — вода» в первом и третьем контуре находится теплоноситель-жидкость. В системе «воздух — вода» первый контур предназначается для воздуха, в конструкциях «воздух — воздух» первый и последний контур предназначены для воздуха — наружного и внутреннего.

Типы тепловых насосов

Все типы «транспортировщиков» тепла отличаются своим предназначением.

Воздух — вода

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

Это воздушный, или аэротермальный тепловой насос, получающий энергию из воздуха. Плюсы варианта — шанс установки на высоте, отсутствие необходимости свободного места на участке, легкость монтажа. Минусы — зависимость от температуры окружающей среды, низкая эффективность, если сравнивать аэротермальное оборудование с другими видами ТН.

Воздушные тепловые насосы чаще используют в качестве дополнительного оборудования. Популярные комбинации — тепловой насос и теплый пол, ТН и отопительный котел. Иногда этот вариант рассматривают, если рядом нет источника воды, а установка геотермального насоса из-за стоимости бурения владельцев не устраивает.

Грунт — вода

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

Его называют грунтовым или геотермальным. Этот тепловой насос добывает тепловую энергию из почвы. Его достоинства: высокая эффективность, независимость от времени года, долговечность системы. Недостатки — высокая цена оборудования, сложность монтажа, подразумевающего большие расходы на услуги профи, необходимость выделить для ТН большой участок земли.

Монтаж главной рабочей части грунтового насоса производят двумя способами — горизонтальным и вертикальным.

  1. Горизонтальный метод. В этом случае монтаж контура производят параллельно поверхности земли на глубину 1,5 м. Такие системы называют грунтовыми коллекторами. Единственный, но существенный минус способа — необходимость отдать под ТН большую площадь участка.
  2. Вертикальный метод. Такие установки называют грунтовыми зондами. Для монтажа оборудования не требуется большое пространство, однако здесь есть другой недостаток: это необходимость бурения на значительную глубину. Понятно, что эта операция обещает «неприлично хорошие» расходы.

Если рассуждать об идеальном варианте, то им остается последний: вертикальный монтаж гарантирует неизменно высокую температуру теплоносителя. Такой геотермальный насос — оптимальный выбор для работы на тяжелом грунте.

Вода — вода

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

Это водяной, или гидротермальный насос. Он предназначен для забора тепловой энергии из водоемов или грунтовых вод. Во многом он схож с оборудованием «грунт — вода», но в этом случае для монтажа системы требуются дополнительные компоненты: например, фильтры, погружной насос и т. д. Эти элементы делают систему менее надежной.

Чтобы иметь возможность реализовать такой план, нужно обеспечить одно из условий:

  • жить недалеко от естественного водоема (в 25—50 м): если расстояние больше, то потребуется мощный циркуляционный насос, а значит, оборудование будет менее экономичным;
  • иметь колодец либо скважину с хорошим дебитом, одновременно обеспечить емкость для слива воды (вторую скважину, шурф и т. д.).

Третий возможный вариант — канализационный сборный коллектор, но в этом случае мастеру надо добиться «высочайшего соизволения» в него аккуратно врезаться.

Назначение установок

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

Если говорить о функциях теплового оборудования, то главная задача любого теплового насоса — отопление. Однако не все модели могут обеспечить качество без дополнительного оборудования. Есть у ТН и еще несколько возможностей.

  1. Охлаждение. Этот режим предусматривается в большинстве аэротермальных насосов. Для геотермальных установок этот дополнительный функционал не встроен «по умолчанию», но есть возможность обеспечить режим, если купить дополнительные элементы. Надо отметить, что вертикальные тепловые насосы справляются с этой задачей лучше, чем горизонтальные.
  2. Горячее водоснабжение. В одних моделях есть встроенные обогреватели, в других имеется возможность присоединить систему к внешнему бойлеру. Это касается аэротермальных установок, но такие насосы считаются редкостью.

Есть тепловые насосы, сочетающие два режима: они способны работать на отопление и горячее водоснабжение. В этом случае оборудование относится к универсальному типу.

Элементы тепловой системы

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

Чтобы система могла работать, необходимо множество различных компонентов, но к самым основным элементам тепловых насосов относятся несколько ключевых узлов.

  1. Испаритель. В этом устройстве происходит нагревание и испарение хладагента, на который воздействует тепло, циркулирующее в первом контуре.
  2. Компрессор, чьей задачей является сжатие фреона, находящегося в парообразном состоянии, до того состояния, когда он превращается в жидкость. Во время этого процесса выделяется тепловая энергия.
  3. Конденсатор. Это прибор, в котором сжатый теплый фреон благодаря теплообменнику быстро отдает энергию теплоносителю в третьем контуре, а затем конденсируется, снова превращаясь из жидкости в пар.
  4. Терморегулирующий вентиль, или ТРВ. Данное устройство выполняет несколько функций: ТРВ поддерживает максимальную мощность испарителя, одновременно предупреждая попадание жидкого хладагента в компрессор.

Эти элементы соединяются в систему с помощью трубопровода второго контура. Конденсатор должен иметь возможность подключаться к системе отопления, испаритель — соединяться с первым контуром.

Достоинства и недостатки ТН

Имеет ли смысл рассматривать этот альтернативный вариант? Сначала надо познакомиться с преимуществами и недостатками таких установок.

Плюсы тепловых насосов

Среди них:

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

  • экономия, так как расходы на отопление и горячее водоснабжение значительно снизятся;
  • практически полная независимость дома от коммуникаций (тепло, газ);
  • возможность организовать отопительную систему и ГВС;
  • длительный срок службы: он составляет 20 лет;
  • экологичность такой тепловой системы;
  • безопасность оборудования;
  • компактность установки.

Еще одно достоинство — шанс обеспечить теплом различные отопительные приборы. Никто не будет спорить, что список плюсов достаточно велик. Однако надо знать и недостатки тепловых насосов.

Минусы тепловых установок

Слабых сторон у таких систем мало, но они нередко становятся причиной отказа от «бесплатной» альтернативы. Владельцев дома не привлекает:

  • высокая цена оборудования;
  • сложность монтажа, требующая участия профессионалов, стоимость их услуг;
  • окупаемость, находящаяся под вопросом: ждать придется долго, но срок этот зависит лишь от интенсивности использования теплового насоса;
  • необходимость качественного утепления помещений, потому что максимальная температура теплоносителя в таких системах — «всего» 70°.

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

По этой причине ТН чаще используют в «связке» с теплыми полами или теплыми стенами, где пределом являются 35°. С радиаторами организовать более-менее эффективную (45/35°) работу гораздо сложнее, так как их габариты в этом случае должны быть достаточно большими.

Противопоказаниями для ТН являются частые перепады напряжения, отключение электричества. Если здание имеет небольшую площадь (до 120 м2), то установка попросту нецелесообразна по экономическим соображениям.

Выбор компрессора для теплового насоса

Именно этот прибор является основным элементом любой тепловой системы: он отвечает за циркуляцию теплоносителя, за перенос тепловой энергии из внешней среды в помещение. По той причине крайне важен корректный выбор компрессора для теплового насоса.

Существует несколько классификаций компрессоров, но для тепловых установок используют всего несколько типов устройств. Это винтовые, поршневые, ротационные (роторные) и спиральные модели.

Винтовой

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

Принцип работы этих агрегатов основан на вращении двух винтовых роторов. Движение элементов происходит в противоположных направлениях, благодаря такому вращению происходит сжатие среды.

Такие приборы отличаются высокой эффективностью, максимальной надежностью, но имеют свои недостатки. Главные из них — большое энергопотребление и сильный шум. Винтовыми устройствами обычно оснащаются самые мощные модели тепловых установок, поэтому для тепловых насосов, предназначенных для частных домов, это не лучший из вариантов.

Поршневой

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

В этих компрессорах сжатие рабочей среды происходит в цилиндре, где поступательно-возвратные движения совершает поршень. Для таких устройств характерна высокая эффективность, длительный срок эксплуатации. Минусы поршневых компрессоров — сильный шум при работе, высокая цена приборов.

Данным типом компрессоров обычно оснащаются тепловые насосы и холодильные установки большой либо средней мощности. Если говорить о виде ТН, то их используют как в геотермальном оборудовании, так и в системах «воздух — вода».

Ротационный (роторный)

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

В таких компрессорах сжатие газа обеспечивается вращающимися роторами. Самые распространенные устройства — роторные эксцентриковые компрессоры, имеющие вращающийся поршень. В более совершенных моделях два таких элемента находятся на одном роторе. Плюсы этих конструкций — более высокий КПД, минимальные вибрации прибора.

Ротационными компрессорами оснащается большая часть тепловых насосов «воздух — вода». Как правило, они имеют мощность до 15 кВт. Плюсы роторных моделей — легкость, компактность, низкий уровень шума, приемлемая цена. Минусы — невысокий КПД, ненадежность агрегатов.

Спиральный

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

Сжатие рабочей среды в компрессорах спирального типа происходит за счет взаимодействия двух спиралей. Одна из них неподвижна, другая совершает орбитальные движения относительно первой. Благодаря таким эксцентрическим движениям достигается перенос среды из одной полости в другую.

Это приборы отличаются большим ресурсом, низким уровнем шума. Однако их минус — высокая цена. Спиральные компрессоры — элементы грунтовых тепловых насосов, ими же оснащают модели «воздух — вода». Как правило, последние установки имеют среднюю мощность.

Что повлияет на выбор компрессора для теплового насоса?

Какой прибор будет предпочтительнее? Это зависит от конкретной тепловой установки, от ее типа. На выбор компрессора для теплового насоса могут повлиять и другие факторы. Поскольку винтовую конструкцию в качестве претендентки можно не рассматривать, то остается лишь три варианта. И в этом случае логичным выбором для хозяев, которые собираются создавать установку самостоятельно, будет одно устройство — ротационный компрессор.

ТН: оборудование, принцип работы, выбор компрессора для теплового насоса

Причины предпочтения — его невысокая цена. Если конструкция выйдет из строя раньше времени, то потери будут невелики. Что касается срока эксплуатации, то здесь агрегат серьезно проигрывает соперникам: 8-10 лет против 15-20 для поршневых и спиральных приборов. Однако всем и всегда приходится искать компромисс.

Когда главное не цена, а качество и эффективная работа теплового насоса, лучшим из приборов будет спиральный компрессор, способный работать при морозах, более простой конструктивно, а значит, максимально надежный. Самыми качественными, долговечными приборами признаны «детища» нескольких производителей:

  • Copeland, Emerson Climate Technologies (США): это изобретатели данного типа компрессоров;
  • Danfoss (Дания);
  • Mitsubishi.

Если же установка, переносящая тепло, будет собираться самостоятельно «из того, что есть», то оптимальным вариантом сможет стать компрессор из сплит-системы, которая отслужила свой срок. Такие узлы даже в старой технике отличаются надежностью и достаточно высокой мощностью.

Самое важное для будущих владельцев ТН даже не выбор компрессора для теплового насоса, а целесообразность его приобретения или создания. Поэтому в завершение темы — отзыв хозяина установки:

Была ли статья полезна?
Мы хотим стать лучше. Спасибо за мнение!
Теги:
выбор компрессора для теплового насоса
отопление
Комментарии
Комментариев пока нет
Добавить комментарий
Ваше имя
Ваш комментарий