Принцип работы теплового насоса

Для отопления дома используется множество вариантов систем. Они работают на различных теплоносителях. Обычно это газ, уголь или электричество. Однако совсем не обязательно для получения тепла сжигать топливо. Тепло имеется вокруг нас, во всех природных объектах. Его требуется только собрать и аккумулировать. Именно для этого используется специальная система, которая называется тепловой насос. Она применяется для отопления дома и является достаточно эффективной. Прежде чем выяснять, как работает тепловой насос, рассмотрим основные виды конструкций и оценим их достоинства и недостатки.

Рис. 1 Геотермальный вариант отопления дома

Виды тепловых насосов для отопления дома

Современные устройства, используемые для отопления дома, способны работать в широком температурном диапазоне. По типу переноса тепла они бывают абсорбционными и компрессионными. В абсорбционных устройствах тепло передается непосредственно от источника. В компрессионных используется дополнительный посредник-теплоноситель. Его движение осуществляется при помощи компрессора.

В зависимости от вариантов источников тепла выделяют три основные группы устройств. Одни используют тепло для отопления из воды или грунта, т.е. используют геотермальный источник, вторые – тепло воздуха, а третьи – производственное тепло.

Производственное тепло является ненужным компонентом, который можно эффективно использовать. При работе холодильных установок и многих других агрегатов образуется тепло, которое сбрасывается в атмосферу. Его можно использовать для нагрева теплоносителя и обогрева помещений.

Однако для отопления частного дома чаще используются другие варианты. Геотермальный насос использует тепло, которое имеется в земле и воде. Для его сбора укладываются трубы с теплоносителем. Если обустраивается грунтовый тепловой насос, то трубы располагают в толще грунта, в непромерзающем слое. В средней полосе коллектор надо заглублять более чем на полметра. Это обеспечит стабильное поступление тепла даже в самые холодные месяцы.

Рис. 2 Схема и принцип горизонтального расположения геотермального насоса

Коллектор может располагаться как горизонтально, так и вертикально. При горизонтальном расположении он располагается относительно близко к поверхности, поэтому земляные работы получаются не особенно сложные. Однако такой коллектор занимает значительную площадь. Несмотря на то, что он находится под слоем почвы в два и более метра, сажать на поверхности не стоит не только деревья, но и прочие растения. Во-первых, растения с мощной корневой системой могут повредить коллектор. Во-вторых, может потребоваться обслуживание, которое приведет к нарушению насаждений. В-третьих, установка забирает тепло от грунта, поэтому корни будут в холодной почве. Это приведет к угнетению и гибели растений.

Вертикальные геотермальные коллекторы занимают меньше места и не сокращают полезную площадь участка. Они погружены глубоко, поэтому сезонные перепады температур на получение тепловой энергии практически не влияют. Однако принцип установки такой системы более сложный, поскольку потребуется выкопать траншею значительной глубины.

Рис. 3 Вертикальный геотермальный коллектор для отопления дома

Тепло может извлекаться не только из земли, но и из воды. Оптимальным вариантом является теплый подземный источник. Если такого нет, то подойдет незамерзающее озеро или другой достаточно глубокий водоем. Самое главное уложить на дне теплообменник достаточной площади, чтобы получить нужное количество тепла.

Принцип и схема действия теплового насоса для отопления дома

У теплового насоса достаточно простой принцип действия. Основан он на системе процессов, которые были разработаны еще в девятнадцатом веке. Называется принцип – цикл Карно. Порядок работы следующий.

Рис. 4 Принцип действия геотермальной установки для отопления дома

Сначала берется незамерзающая жидкость, которая играет роль теплоносителя. Это может быть раствор соли, воды со спиртом или гликолевая смесь. Жидкость собирает тепловую энергию и поступает в испаритель.

В испарителе осуществляется контакт с хладагентом, забирающим геотермальную энергию. В качестве хладагента выступают жидкости с низкой температурой кипения, которая составляет примерно пять градусов Цельсия. При контакте с теплоносителем хладагент нагревается и переходит в газообразную форму. Этот первый этап осуществляется при низком давлении.

Далее при помощи компрессора увеличивается давление хладагента и его температура существенно повышается. В таком горячем виде он поступает во второй теплообменник. В нем тепло передается теплоносителю в системе отопления дома. Хладагент в теплообменнике постепенно охлаждается и возвращается в изначальное жидкое состояние.

В жидком виде он опять поступает в коллектор и цикл начинается сначала. Конечно, техническое устройство теплового насоса несколько сложнее. Он создан таким образом, чтобы максимально эффективно забирать тепло и затем его передавать для обогрева помещений.

Принцип действия сохраняется в основных чертах и в том случае, если используется не геотермальный источник энергии, а тепло воздуха. Принцип переноса тепла практически не изменяется. Изменяются только некоторые детали.

Плюсы теплового насоса

Несмотря на сложность обустройства популярность тепловых насосов растет. Объясняется это экономичностью устройства. Для получения тепла необходимо затрачивать электроэнергию, в частности, для работы компрессора. Однако всего на один киловатт потраченной электроэнергии получается от трех до восьми киловатт тепла. Это значительно выгоднее, чем обогреваться непосредственно электричеством.

Другими плюсами этой установки являются безопасность и экологичность. Тепло забирается из окружающей среды, причем в относительно небольшом количестве. На тепловой баланс в масштабах участка это никак не влияет. При работе теплового насоса не используются воспламеняющиеся и взрывоопасные вещества.

Советуем почитать: Тепловой насос своими руками