Teплoвoй нacoc вoздyх-вoздyх, эффективен ли он для отопления

На сегодняшний день люди, проживающие в частном секторе, стараются сделать систему отопления своего дома как можно эффективнее. Хозяева, к домам которым идет газопровод, могут обеспечить свое жилище отоплением на основе газа.

Основная задача кавитационного теплогенератора – образование газовых включений, а от их количества и интенсивности будет зависеть качество нагрева. В современной промышленности существует несколько видов таких теплогенераторов, отличающихся принципом выработки пузырьков в жидкости. Наиболее распространенными являются три вида:

  • Роторные теплогенераторы – рабочий элемент вращается за счет электропривода и вырабатывает завихрения жидкости;
  • Трубчатые – изменяют давление за счет системы труб, по которым движется вода;
  • Ультразвуковые – неоднородность жидкости в таких теплогенераторах создается за счет звуковых колебаний низкой частоты.

Помимо вышеперечисленных видов существует лазерная кавитация, но промышленной реализации этот метод еще не нашел. Теперь рассмотрим каждый из видов более детально.

Роторный теплогенератор

Состоит из электрического двигателя, вал которого соединен с роторным механизмом, предназначенным для создания завихрений в жидкости. Особенностью роторной конструкции является герметичный статор, в котором и происходит нагревание. Сам статор имеет цилиндрическую полость внутри – вихревую камеру, в которой происходит вращение ротора. Ротор кавитационного теплогенератора представляет собой цилиндр с набором углублений на поверхности, при вращении цилиндра внутри статора эти углубления создают неоднородность в воде и обуславливают протекание кавитационных процессов.

Рис. 3: конструкция генератора роторного типа

Количество углублений и их геометрические параметры определяются в зависимости от модели вихревого теплогенератора. Для оптимальных параметров нагрева расстояние между ротором и статором составляет порядка 1,5мм. Данная конструкция является не единственной в своем роде, за долгую историю модернизаций и улучшений рабочий элемент роторного типа претерпел массу преобразований.

Одной первых эффективных моделей кавитационных преобразователей был генератор Григгса, в котором использовался дисковый ротор с несквозными отверстиями на поверхности. Один из современных аналогов дисковых кавитационных теплогенераторов приведен на рисунке 4 ниже:

Рис. 4: дисковый теплогенератор

Несмотря на простоту конструкции, агрегаты роторного типа достаточно сложные в применении, так как требуют точной калибровки, надежных уплотнений и соблюдения геометрических параметров в процессе работы, что обуславливает трудности их эксплуатации. Такие кавитационные теплогенераторы характеризуются достаточно низким сроком службы – 2 — 4 года из-за кавитационной эрозии корпуса и деталей. Помимо этого они создают достаточно большую шумовую нагрузку при работе вращающегося элемента. К преимуществам такой модели относится высокая продуктивность – на 25% выше, чем у классических нагревателей.

Трубчатые

Статический теплогенератор не имеет вращающихся элементов. Нагревательный процесс в них происходит за счет движения воды по трубам, сужающимся по длине или за счет установки сопел Лаваля. Подача воды на рабочий орган осуществляется гидродинамическим насосом, который создает механическое усилие жидкости в сужающемся пространстве, а при ее переходе в более широкую полость возникают кавитационные завихрения.

В отличии от предыдущей модели трубчатое отопительное оборудование не производит большого шума и не изнашивается так быстро. При установке и эксплуатации не нужно заботиться о точной балансировке, а при разрушении нагревательных элементов их замена и ремонт обойдутся куда дешевле, чем у роторных моделей. К недостаткам трубчатых теплогенераторов относят значительно меньшую производительность и громоздкие габариты.

Ультразвуковые

Данный тип устройства имеет камеру-резонатор, настроенную на определенную частоту звуковых колебаний. На ее входе устанавливается кварцевая пластина, которая производит колебания при подаче электрических сигналов. Вибрация пластины создает волновой эффект внутри жидкости, который достигая стенок камеры-резонатора и отражается. При возвратном движении волны встречаются с прямыми колебаниями и создают гидродинамическую кавитацию.

Рис. 5: принцип работы ультразвукового теплогенератора

Далее пузырьки уносятся водным потоком по узким входным патрубкам тепловой установки. При переходе в широкую область пузырьки разрушаются, выделяя тепловую энергию. Ультразвуковые кавитационные генераторы также обладают хорошими эксплуатационными показателями, так как не имеют вращающихся элементов.

Принцип работы и составные части теплового насоса

В принципе, работа теплового насоса представляет собой совместное функционирование трех замкнутых контуров, которые взаимодействуют между собой:

  •  Первый, по которому циркулирует теплоноситель, забирающий тепловую энергию из низкотемпературной окружающей среды (почвы, воды, воздуха);
  •  Второй, в котором циркулирует жидкость с низкой температурой испарения (например, фреон), забирает эту энергию, с помощью процессов испарения и конденсации увеличивает температуру и отдает тепло третьему контуру;
  •  Третий контур представляет собой ни что иное, как систему отопления дома (чаще всего теплые полы), он забирает тепловую энергию из конденсатора и отдает помещению.
  • По такому принципу работают все тепловые насосы, но в устройствах типа «грунт, вода/вода» в первом и третьем контурах жидкий теплоноситель, в устройствах «воздух/вода» — вместо первого контура наружный воздух, а в устройствах «воздух/воздух» и вместо первого и третьего контуров воздух наружный и помещения соответственно.
Читайте также:  Выбор твердотопливного котла длительного горения

Для того чтобы такая система работала необходимы такие основные элементы:

  • Испаритель –в котором под воздействием тепловой энергии теплоносителя первого контура , через теплообменник, происходит нагревание и испарение жидкого хладагента (фреона);
  • Компрессор, который сжимает парообразный хладагент (при этом происходит выделение тепловой энергии);
  • Конденсатор, в котором теплый сжатый хладагент с помощью теплообменника отдает свою энергию теплоносителю третьего контура, а сам конденсируется (превращается в жидкость).
  • Терморегулирующий вентиль или клапан (ТРВ).

Все эти элементы соединены между собой герметичным трубопроводом второго контура. Испаритель, кроме того, должен иметь возможность подсоединения к первому контуру, а конденсатор – к системе отопления дома.

Рис. 1 Основные элементы теплового насоса

Особенности работы

Многие простые вещи, которые окружают людей, являются источником энергии. Главное — это научиться правильно их использовать, тогда решить вопрос о том, как сделать тепловой насос своими руками, можно будет очень просто.

Для того чтобы прибор работал, температура среды должна быть выше 1 градуса тепла, при этом сохранять тепло почва способна даже на глубине и под снегом. Из земли или воздуха тепло перемещается к контуру отопления и используется по назначению.

Перед созданием теплого насоса нужно понять принцип его работы

Принцип работы прибора такой:

  • трубопровод, находящийся под землей, наполняется водой, воздухом или грунтом, и за их счет нагревается;
  • носитель тепла переходит в испаритель, затем передает его во внутренний контур;
  • во внутреннем контуре имеется фреон, гликолевая смесь или спиртовая вода (хладагент). В испарителе вещество нагревается и преобразуется в газ;
  • потом газообразное вещество переходит в компрессор, под высоким давлением сжимается и нагревается;
  • нагретый газ переходит в конденсатор, после чего его энергия идет в теплоноситель отопительной системы дома;
  • когда цикл преобразования хладагента в жидкость заканчивается, вещество теряет тепло и возвращается в систему.

По аналогичному принципу работают и холодильники, соответственно, такие самодельные насосы могут использоваться и с целью охлаждения. Но в большинстве случаев он больше выручает зимой, когда нужно оптимизировать расходы на отопление.

Монтаж системы

Геотермальное отопление загородного дома на этапе обустройства требует солидных денежных вложений. Высокая итоговая стоимость системы во многом обусловлена большим объемом земельных работ, связанных с монтажом контура нагревания.

С течением времени финансовые затраты окупаются, поскольку используемая в отопительный сезон тепловая энергия извлекается из земных глубин с минимальными затратами электроэнергии.

Монтаж горизонтального теплообменника геотермальной системы отопления

  • основная часть должна располагаться под землей или на дне водоема;
  • в самом доме устанавливается только достаточно компактное оборудование и прокладывается контур радиаторного или напольного отопления. Оборудование, расположенное внутри дома, позволяет регулировать уровень нагрева теплоносителя.

Как выглядит геотермальное оборудование в доме При проектировании отопления за счет тепла земли, необходимо определиться с вариантом монтажа рабочего контура и типом коллектора.

Различают два типа коллекторов

  1. Вертикальный — погружается в грунт на несколько десятков метров. Для этого на небольшом расстоянии от дома требуется пробурить некоторое количество скважин. В скважины погружается контур (самый надежный вариант — трубы из сшитого полиэтилена).
  2. Недостатки: Большие финансовые затраты на бурение в грунте нескольких скважин глубиной от 50 метров.

    Преимущества: Подземное расположение труб на глубине, где температура грунта отличается стабильностью, обеспечивает высокую эффективность работы системы. Кроме того, вертикальный коллектор занимает небольшую площадь земельного участка.

  3. Горизонтальный. Использование такого коллектора допускается в регионах с теплым и умеренным климатом, так как глубина промерзания грунта не должна превышать 1,5 метров.
  4. Недостатки: Необходимость использования большой площади участка (основной недостаток). Этот участок земли после укладки контура невозможно использовать под сад или огород, так как система работает с выделением холода при транспортировке хладагента, из-за чего корни растений будут перемерзать.

    Преимущества: Более дешевые земельные работы, которые можно даже выполнить своими силами.

Читайте также:  Как организовать солнечное отопление дома своими руками

Горизонтальный и вертикальный тип коллектора Геотермальную энергию можно добывать, если уложить на дне непромерзающего водоема горизонтальный геотермический контур. Однако, это сложно осуществить на практике: водоем может быть расположен за пределами частной территории и тогда установку теплообменника нужно будет согласовывать. Расстояние от отапливаемого объекта до водоема должно составлять не более 100 метров.

Личный опыт

С теорией покончено. Однако теоретических обоснований эффективности тепловых насосов в интернете много  и без нас. Читателю наверняка интересен, прежде всего, личный опыт отопления коттеджа с помощью ТН.

В смежных домах, принадлежащих автору и его близким родственникам, реализованы две схемы отопления с тепловыми насосами, работающими по схеме «воздух-воздух» и «воздух-вода».

Важный момент: место действия — Севастополь, Крым. Столь теплый по российским меркам климат и склонил к выбору воздушных ТН.

Воздух-воздух

Обогрев дома автора реализован путем установки во всех отапливаемых помещениях… обычных инверторных кондиционеров. Да-да, они, как и любые другие кондиционеры,  представляют собой частный случай ТН.

Более того: модель [email protected] CH-S12FTXN, отвечающая за обогрев мансарды в доме автора, позиционируется производителем именно как бытовой тепловой насос.

Кондиционер производительностью 12000 BTU обеспечивает обогрев 60-метровой мансарды

  • Суммарные расходы: примерно 130 тысяч рублей (покупка и монтаж пяти сплит-систем).
  • Отапливаемая площадь: 155 квадратных метров.
  • Суммарная номинальная тепловая мощность при работе на обогрев: 15 кВт.
  • Среднее энергопотребление в отопительный сезон: 600-1200 кВт·ч в месяц в зависимости от температуры на улице.
  • Температура в доме: 19-22 °С в зависимости от функций помещения. Минимальная температура поддерживается в спальне, максимальная — в гостиной. Регулировка климата во всех комнатах — независимая, с пульта кондиционера.

Важный момент: при использовании кондиционеров на обогрев важно обеспечить равномерное распределение температуры в объеме помещения. Для этого внутренний блок сплит-системы устанавливается на небольшой высоте, а его жалюзи направляют поток теплого воздуха вниз.

Внутренний блок сплит-системы установлен на высоте около полутора метров

Воздух-вода

В соседнем доме для обогрева и приготовления горячей воды используются два воздушных ТН «воздух-вода» производства DanHeat с максимальной производительностью по теплу 9,2 кВт. Система отопления — внутрипольная, коллекторная (водяной теплый пол в стяжке).

Коллекторный шкаф теплого пола

Для хранения нагретой воды и в качестве буферной емкости для отопления используется 300-литровый теплоаккумулятор.

Теплоаккумулятор создает запас воды для нужд ГВС и стабилизирует температуру теплоносителя в системе отопления

Быстрый нагрев помещений зимой и их кондиционирование летом обеспечивают установленные в каждой комнате фанкойлы.

Настенный фанкойл зимой выполняет функции тепловентилятора, летом — кондиционера

Суммарные расходы (два ТН с обвязкой, теплоаккумулятор, укладка водяного пола и стяжки, монтаж фанкойлов) — приблизительно 1 млн. 300 тыс. рублей.

Внутренние теплообменники тепловых насосов

Любопытно: к общему отопительному контуру подключен теплообменник камина. Вырабатываемое им тепло утилизируется для работы теплого пола.

Камин подключен к общему отопительному контуру

Рабочая температура теплоносителя: 23-40 °С.

Текущая температура воды в отопительном контуре — 31 градус

  • Отапливаемая площадь: 280 м2.
  • Среднемесячное энергопотребление: 2500-4000 кВт·ч в зависимости от уличной температуры и потребления горячей воды (напомним, ТН работают на отопление и ГВС).
  • Температура в доме: 20-24°С (минимальная температура установлена в холле и на лестнице, максимальная — в гостиной). Раздельная регулировка температуры отдельных контуров теплого пола осуществляется из коллекторного шкафа; с панели управления ТН задается лишь температура теплоносителя.

Дроссели в коллекторном шкафу позволяют настроить температуру каждого отдельного контура теплого пола

По схеме «от воздуха к воздуху»

Случаи применения таких систем очень редки. Воздушный тепловой насос для отопления задействует воздух в качестве теплового носителя. Он нагревается от внешних воздушных потоков, чья температура более высокая.

Для установки этого ТС подходит постоянно обдуваемая зона. Тогда на монтаж не потребуются внушительные расходы. Его можно осуществить самостоятельно. Насос ставится максимум в 20 м от дома, на самом обдуваемом участке.

Такая система хорошо себя проявляет лишь в теплых регионах. В более холодных местностях ее производительность довольно слабая.

Плюсы системы таковы:

  1. Доступный дешевый тепловой носитель. Отпадает дилемма с протечкой воздухопровода.
  2. Эффективная работа с поздней весны до ранней осени.

Тепловой насос «вода — вода»

Одной из разновидностей геотермального источника тепла могут быть подземные воды. Они имеют постоянную температуру (от +7 С и выше), и в значительном количестве залегают на различных глубинах на территории РБ. По технологии, подземные воды поднимаются центробежным насосом из скважины и поступают на станцию тепломассообмена, где передают энергию антифризу нижнего контура теплового насоса. Эффективность работы данной системы зависит от уровня залегания грунтовых вод (в зависимости от глубины подъема, требуется определенная мощность помпы), расстояния от заборной скважины до станции обмена. Эта технология имеет один из самых высоких показателей COP, однако имеет ряд особенностей, ограничивающих ее применение.

Среди них:

  • Отсутствие подземных вод, либо низкий уровень их залегания;
  • Отсутствие постоянного дебета скважины, понижение статического и динамического уровней;
  • Необходимость учитывать солевой состав и загрязненность (при не надлежащем качестве воды, происходит засорение теплообменника, снижаются показатели производительности)
  • Необходимость устройства дренажного колодца для сброса значительных объемов отработавшей воды (от 2200 л/ч и более)

Как показывает практика, установка таких систем целесообразна, если в непосредственной близости имеется водоем или река. Отработавшую воду, также можно использовать в хозяйственных и промышленных целях, например, для полива, или организации искусственных водоемов.

Что качается качества заборной воды то, например, немецкий производитель альтернативных отопительных систем Stiebel Eltron рекомендует следующие параметры: общая доля железа и магния не более 0,5 мг/л, содержание хлоридов менее 300 мг/л, отсутствие осаждаемых веществ. При превышении этих параметров необходимо установка дополнительной системы очистки — станции подготовки и обессоливания, что повышает материалоемкость проекта.

ООО «Нова Грос» — Авторизованная монтажная организация Stiebel Eltron

Связаться с нами

Связаться с нами

Эффективность воздушного теплового насоса (КПД, COP)

Традиционно производительность тепловых насосов измеряется в COP (Coefficient of Performance). Одна единица COP соответствует 100% КПД. То есть, если оборудование имеет COP 2,5, то его КПД равно 250%. Это значит, что на 1 кВт потребленной электроэнергии он выдает 250 кВт тепла.

Производительность зависит от мощности компрессора и температуры наружного воздуха. Чем он холоднее, тем меньше тепла из него можно получить. Поэтому эффективность колеблется в большом диапазоне. Некоторые модели имеют максимальный показатель COP 5 и выше, но такой производительности можно достичь только в теплое время года.

Видео о принципах и результатах эксплуатации

Если вам проще воспринимать наглядную информацию, то этот видеоролик позволит вам своими глазами увидеть, как именно функционирует геотермальная система, а также больше узнать о том, кому и почему этот вид отопления выгоден.

Предлагаем вам посмотреть небольшой видеоролик, в котором владелец горизонтального подпочвенного коллектора, расскажет о своих впечатлениях от его эксплуатации. Кроме того, посмотрев это видео, вы узнаете о текущих расходах, связанных с эксплуатацией системы геотермального отопления.

Каждый владелец частного дома выбирает сам, покупать ли ему услуги ресурсоснабжающих организаций или надеяться только на себя самого. При этом он руководствуется целым списком соображений. Задача, которую мы перед собой поставили, заключается не в том, чтобы подтолкнуть вас к готовому выводу, а в том, чтобы поделиться информацией о вариантах решения стоящей перед вами задачи. опубликовано

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Расчет параметров системы

Расчет теплового насоса проводится либо при помощи онлайн-кулькулятора, либо при помощи специалистов. Можно воспользоваться формулой:

R = (k × V × T)/860.

В данной формуле R – мощность, необходимая для обогрева помещения; k – коэффициент для учета тепловых потерь зданием (1 – качественно утепленное помещение, 4 – дощатый барак); V – общий объем помещения, подлежащего отоплению; T – наибольший перепад температур внешнего мира и внутридомового пространства; 860 – коэффициент перевода результата расчета в кВт из ккал.