Тепловые насосы типы: Виды тепловых насосов и особенности их монтажа и эксплуатации

Виды тепловых насосов

В последние годы тепловые насосы пользуются повышенным спросом как источник альтернативной тепловой энергии, позволяющий получать действительно дешевое тепло, не загрязняя при этом окружающую среду. Тепловой насос способен обеспечить вашему дому, офису или производственному помещению отопление зимой, охлаждение летом и производство горячей воды круглый год.

Принцип действия теплового насоса:

Тепловой насос – это система, с помощью которой можно переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, увеличивая температуру последнего. Принцип работы
теплового насоса очень напоминает по своей сути работу холодильника. В то время как холодильник отводит тепловую энергию и направляет ее наружу, то есть из внутренней части холодильника ( внутри холодильника холодно, а снаружи конденсатор горячий ), тепловой насос делает наоборот: он забирает тепловую энергию от окружающей среды за пределами помещения и преобразует ее в полезную для отопления. Принцип действия теплового насоса основан на том факте, что любое тело с температурой выше абсолютного нуля ( — 273,15 °С ) обладает запасом тепловой энергии, а так как согласно закону термодинамике достичь температуры абсолютного нуля не может ни одно физическое тело, запасы тепла – бесконечны.

Конструктивно любой тепловой насос состоит из двух частей: наружной, которая «забирает» тепло возобновляемых источников ( воздух, вода, земля ) , и внутренней, которая отдает это тепло в систему отопления или кондиционирования вашего дома. Современные тепловые насосы отличаются высокой энергоэффективностью, что в практическом плане означает следующее — потребитель, т.е. владелец дома, используя тепловой насос, тратит на обогрев или охлаждение своего жилища, в среднем, всего четверть тех денег, которые он потратил бы, если теплового насоса не было.

Иначе говоря, в системе с тепловым насосом 75% полезного тепла (или холода) обеспечивается за счет бесплатных источников — тепла земли, грунтовых вод или нагретого в помещениях и выбрасываемого на улицу использованного воздуха.

По виду передачи энергии тепловые насосы бывают двух типов:

Компрессионные: Основные элементы установки – это компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Используется цикл сжимания-расширения теплоносителя с выделением тепла. Этот тип тепловых насосов прост, высокоэффективен и наиболее популярен.

Абсорбционные: Это теплонасосы нового поколения, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон. Применение абсорбента повышает эффективность работы теплового насоса.

По источнику тепла выделяют тепловые насосы:

Геотермальные: Тепловая энергия берется из грунта или воды.

Воздушные: Тепло извлекается из атмосферы.

Использующие вторичное тепло: В качестве источника тепла используются воздух, вода, канализационные стоки. Подобный вариант является наиболее целесообразным для промышленных объектов, где есть источники паразитной теплоты, которая требует утилизации.

По виду теплоносителя входного/выходного контура:

Тепловые насосы «воздух-воздух»: Этот вид тепловых насосов забирает тепло у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, и отдает его в отапливаемое помещение.

Тепловые насосы «вода-вода»: Используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для отопления и горячего водоснабжения.

Тепловые насосы «вода-воздух»: Используются зонды или скважины для воды и воздушная система отопления.

Тепловые насосы «воздух-вода»: Атмосферное тепло используется для водяного отопления.

Тепловые насосы «грунт-вода»: Трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта.

Тепловые насосы «лед-вода»: Для нагревания воды в системе отопления и горячего водоснабжения используется тепловая энергия, которая высвобождается при получении льда. Замораживание 100-200 л воды способно обеспечить обогрев среднего дома в течение часа.

Расчет эффективности тепловых насосов для отопления:

Для того чтобы тепловой насос был эффективным, он должен давать тепловой энергии больше, чем потреблять электрической. Это соотношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может меняться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Чем холоднее снаружи, тем менее эффективна система. Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может варьироваться от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса требуется дополнительный параметр годовой эффективности.

Эффективность конкретного теплового насоса будет зависеть от множества факторов, и ее расчет достаточно сложен. Дать обобщенную формулу, которая бы работала всегда, практически невозможно. Поэтому каждый конкретный случай требует обращения к экспертам, которые в зависимости от поставленной задачи и ее условий подберут необходимый тип теплового насоса и объем хладагента. Сферы применения и степень распространения.

Сферы применения и степень распространения:

Тепловые насосы востребованы прежде всего в случаях, когда другие способы организации системы отопления обходятся значительно дороже. Растущая распространенность тепловых насосов на производстве и в быту связана со следующими их преимуществами:

  • Экономичность. Для передачи в отопительную систему 1 кВт•ч тепловой энергии, установке требуется в среднем затратить всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
  • Простота эксплуатации.
  • Упрощение требований к системам вентиляции помещений, повышение уровня пожарной безопасности.
  • Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования.
  • Компактность и бесшумность , что делает тепловой насос привлекательным для отопления частного дома.

По оценке Мирового энергетического комитета, уже в ближайшие пять лет доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов будет составлять в развитых странах не менее 75%.

Общий недостаток тепловых насосов – не очень высокая температура нагреваемой воды. Как правило, она составляет 50-60 o С.

Из всего вышесказанного можно сделать однозначный вывод: использование тепловых насосов – это эффективное, простое в монтаже, экологичное и экономичное решение для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме, офисе или на промышленном объекте.

Поэтому если вы решили качественно модернизировать или построить с нуля энегроэффективную систему отопления, горячего водоснабжения или кондиционирования, тогда тепловой насос это именно то что вам нужно. Других достойных альтернатив просто не существует.

Помните! Первое что вам необходимо сделать при выборе теплового насоса, это решить какой тип насоса лучше всего подойдет для ваших целей. Точнее, какой источник тепла наиболее рационально и экономически выгодно применить для вашего проекта: Воздух, Вода или Грунт.

Виды тепловых насосов | Полезное

Рост цен на газ, уголь и другие природные ископаемые, вынуждает искать альтернативные источники энергии для работы системы отопления. Одним из вариантов является тепловой насос, которые используют энергию природных источников – воды, земли и воздуха. Такое решение позволяет свести к минимуму затраты на отопление в долгосрочной перспективе.

При выборе такого агрегата, крайне важно обращать внимание на его характеристики, ведь правильно подобранное оборудование будет максимально эффективным в эксплуатации.

Виды и характеристики тепловых насосов

Классификация тепловых насосов производится по источнику тепловой энергии. Принцип работы у всех типов похож, они отбирают тепло от низкопотенциального источника и преобразуют его и отдают потребителю.

Воздушные тепловые насосы

Воздушные агрегаты обычно подразделяют на 2 типа:

  • Воздух-вода — отбор энергии происходит из воздуха снаружи помещения. Тепло от него передается рабочему телу (хладагенту), в котором кипит фреон, далее пар хладагента попадает в компрессор, где повышается давление и температура. После фреон конденсирует и отдает тепло в систему отопления.

  • Воздух-воздух — в этом случае устройство работает по принципу кондиционера, только наоборот. Оно забирает воздух снаружи и подает его уже теплым в помещение. Равномерное распределение тепла по дому обеспечивают направляющие каналы в комплексе с вентиляционной установкой.

Примечательно, что забор тепла у воздушных теплонасосов возможен даже при уличной температуре до -25 ºС. То есть, агрегат способен самостоятельно полноценно обогревать помещение в зимний период, пока столбик термометра не опустится ниже данной отметки. При более низких температурах его эффективность существенно снижается, поэтому в северных регионах, где зимы особенно суровые, рекомендуется использовать другие виды тепловых насосов, либо дополнительный источник энергии.

Геотермальные насосы

Самым эффективным тепловым насосом является тот, который отбирает энергию от грунта. Он позволяет полностью отказаться от использования стандартных источников энергии — газа и угля. Его функционал даже в сильные холода может обеспечить качественное отопление и горячее водоснабжение. Также к геотермальным относятся тепловые насосы, где низкопотенциальным источником энергии являются подземные воды, они описана в разделе водяных тепловых насосов.

Геотермальное оборудование берет тепло из земли. Грунт ниже уровня промерзания имеет постоянную температуру круглый год, поэтому является универсальным источником тепла. Собранная энергия аккумулируется и передается испарителю. В испарителе нагревается незамерзающая жидкость – хладагент.

Коллекторы по типу установки делят на:

  • Горизонтальные — прокладываемые под слоем грунта, обычно ниже глубины промерзания.

  • Вертикальные — погружаемые в специально пробуренную скважину.

Выбор коллектора обусловлен особенностями земельного участка. Дешевле устанавливать горизонтальные системы, но они требуют большой площади. Вертикальные же можно расположить на небольшом участке, но для их монтажа нужны дорогостоящие буровые работы.

Водяные тепловые насосы типа вода-вода

Теплонасосы «вода-вода» используют тепло грунтовых вод или открытых водоемов. Их эффективность обусловлена относительно постоянной среднегодовой температурой грунтовых вод 12-17 ºС. Однако, чтобы извлечь из них энергию нужно пробурить две скважины для забора и слива воды, максимальная глубина которых может достигать более сотни метров. Это влечет за собой немалые затраты.

Дешевле установить коллектор на дне открытого водоема, если такой находится в непосредственной близости от дома и имеет необходимую глубину. Это важно для того, чтобы нижние слои воды не промерзали в холодный период года. Для северных регионов она должна быть не меньше 3 метров, а сам водоем стабильным — с неизменным уровнем.

Таковы основные виды тепловых насосов, их выбор совершают исходя из:

  • географического расположения жилища;

  • климата в регионе;

  • наличия вблизи водоемов, свободных участков земли;

  • степени «капитальности» строения и его площади;

  • собственных финансовых возможностей.

Анализ данных факторов позволяет подобрать максимально продуктивный отопительный агрегат, который окупит себя в долгосрочной перспективе, прослужит долго и надежно.

Возникли вопросы?

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!

Задать вопрос

Возврат к списку

Поделиться:

Системы тепловых насосов | Министерство энергетики

Энергосбережение

Изображение

Тепловые насосы представляют собой энергоэффективную альтернативу печам и кондиционерам для всех климатических условий. Как и ваш холодильник, тепловые насосы используют электричество для передачи тепла из прохладного помещения в теплое, делая прохладное помещение более прохладным, а теплое – теплее. Во время отопительного сезона тепловые насосы переносят тепло из прохладной улицы в ваш теплый дом. В сезон охлаждения тепловые насосы переносят тепло из вашего дома на улицу. Поскольку они передают тепло, а не производят тепло, тепловые насосы могут эффективно обеспечивать комфортную температуру для вашего дома.

Канальные воздушные тепловые насосы

Существует три основных типа тепловых насосов, соединенных воздуховодами: воздух-воздух, водяной и геотермальный. Они собирают тепло из воздуха, воды или земли за пределами вашего дома и концентрируют его для использования внутри.

Изображение

Наиболее распространенным типом теплового насоса является воздушный тепловой насос, который передает тепло между вашим домом и наружным воздухом. Современный тепловой насос может снизить потребление электроэнергии для отопления примерно на 50% по сравнению с электрическим нагревом сопротивления, таким как печи и плинтусные обогреватели. Кроме того, высокоэффективные тепловые насосы осушают воздух лучше, чем стандартные центральные кондиционеры, что приводит к меньшему потреблению энергии и более комфортному охлаждению в летние месяцы. Воздушные тепловые насосы использовались в течение многих лет почти во всех частях Соединенных Штатов, но до недавнего времени они не использовались в районах, где длительные периоды отрицательных температур. Однако в последние годы технология теплового насоса с воздушным источником продвинулась настолько, что теперь она предлагает законную альтернативу отоплению помещений в более холодных регионах.

Бесканальные воздушные тепловые насосы

Изображение

Для домов без воздуховодов воздушные тепловые насосы также доступны в версии без воздуховодов, называемой мини-сплит-тепловым насосом. Кроме того, специальный тип воздушного теплового насоса, называемый «чиллером с обратным циклом», генерирует горячую и холодную воду, а не воздух, что позволяет использовать его с системами лучистого обогрева пола в режиме обогрева.

    Геотермальные тепловые насосы

    Изображение

    Геотермальные (наземные или водные) тепловые насосы обеспечивают более высокую эффективность за счет передачи тепла между вашим домом и землей или ближайшим источником воды. Несмотря на то, что установка геотермальных тепловых насосов стоит дороже, они имеют низкие эксплуатационные расходы, поскольку они используют преимущества относительно постоянной температуры грунта или воды. Геотермальные (или геотермальные) тепловые насосы имеют ряд существенных преимуществ. Они могут снизить потребление энергии на 30-60%, контролировать влажность, прочны и надежны и подходят для самых разных домов. Подойдет ли вам геотермальный тепловой насос, будет зависеть от размера вашего участка, грунта и ландшафта. Геотермальные или водяные тепловые насосы могут использоваться в более суровых климатических условиях, чем воздушные тепловые насосы, и клиенты очень довольны этими системами.

      Абсорбционные тепловые насосы

      Изображение

      Относительно новым типом теплового насоса для жилых систем является абсорбционный тепловой насос (АТН), также называемый газовым тепловым насосом. Абсорбционные тепловые насосы используют тепло или тепловую энергию в качестве источника энергии и могут приводиться в действие с помощью самых разных источников тепла, таких как сжигание природного газа, пар, нагретая вода, воздух или вода, нагретая геотермальной энергией, и поэтому отличаются от компрессионных. тепловые насосы, приводимые в действие механической энергией. AHP более сложны и требуют более крупных агрегатов по сравнению с компрессионными тепловыми насосами. Меньшее потребление электроэнергии такими тепловыми насосами связано только с перекачкой жидкости.

        Дополнительные функции, которые следует искать в тепловом насосе

        Ряд инноваций повышает производительность тепловых насосов.

        В отличие от стандартных компрессоров, которые могут работать только на полную мощность, двухскоростные компрессоры позволяют тепловым насосам работать с производительностью, близкой к мощности нагрева или охлаждения, необходимой при любой конкретной температуре наружного воздуха, экономя энергию за счет сокращения операций включения/выключения и износа компрессора. Двухскоростные тепловые насосы также хорошо работают с системами зонального контроля. В системах зонального контроля, часто встречающихся в больших домах, используются автоматические заслонки, позволяющие тепловому насосу поддерживать разные температуры в разных комнатах.

        Некоторые модели тепловых насосов оснащены двигателями с регулируемой скоростью или двухскоростными двигателями на внутренних вентиляторах (воздуходувках), наружных вентиляторах или на обоих. Регулятор скорости вращения этих вентиляторов поддерживает комфортную скорость движения воздуха, сводя к минимуму холодные сквозняки и максимально экономя электроэнергию. Это также сводит к минимуму шум от вентилятора, работающего на полной скорости.

        Некоторые высокоэффективные тепловые насосы оснащены пароохладителем , который восстанавливает отработанное тепло из режима охлаждения теплового насоса и использует его для нагрева воды. Тепловой насос с пароохладителем может нагревать воду в 2-3 раза эффективнее, чем обычный электрический водонагреватель.

        Еще одним достижением в технологии тепловых насосов является спиральный компрессор , состоящий из двух спиралевидных спиралей. Один остается неподвижным, а другой вращается вокруг него, сжимая хладагент, нагнетая его во все более мелкие области. По сравнению с типичными поршневыми компрессорами спиральные компрессоры имеют более длительный срок службы и работают тише. По некоторым данным, тепловые насосы со спиральными компрессорами обеспечивают на 10–15 °F (5,6–8,3 °C) более теплый воздух в режиме обогрева по сравнению с существующими тепловыми насосами с поршневыми компрессорами.

        Хотя большинство тепловых насосов используют электрические нагреватели сопротивления в качестве резерва в холодную погоду, тепловые насосы также могут быть оснащены газовой печью, иногда называемой двухтопливной или гибридной системой, в дополнение к тепловому насосу. Это помогает решить проблему менее эффективной работы теплового насоса при низких температурах и сократить потребление электроэнергии. Есть несколько производителей тепловых насосов, которые объединяют оба типа тепла в одной коробке, поэтому эти конфигурации часто представляют собой две меньшие, расположенные рядом стандартные системы, использующие один и тот же воздуховод.

        По сравнению с печью, работающей на топливе, или стандартным тепловым насосом, этот тип системы также может быть более экономичным. Фактическая экономия энергии зависит от относительной стоимости топлива для сжигания по отношению к электроэнергии.

        • Учить больше
        • Ссылки

        Системы тепловых насосов

        Воздушные тепловые насосы
        Узнать больше

        Бесканальные мини-сплит-тепловые насосы
        Узнать больше

        Геотермальные тепловые насосы
        Узнать больше

        Газоабсорбционный тепловой насос
        Узнать больше

        Эксплуатация и техническое обслуживание теплового насоса
        Узнать больше

        Программируемые термостаты
        Узнать больше

        • Отопление и охлаждение ENERGY STAR

        Воздушные тепловые насосы | Министерство энергетики

        Энергосбережение

        Изображение

        Воздушный тепловой насос может обеспечить эффективное отопление и охлаждение вашего дома. При правильной установке воздушный тепловой насос может доставлять в дом в три раза больше тепловой энергии, чем потребляемой им электроэнергии. Это возможно, потому что тепловой насос передает тепло, а не преобразовывает его из топлива, как в системах отопления внутреннего сгорания.

        Воздушные тепловые насосы уже много лет используются почти во всех частях Соединенных Штатов, за исключением районов, в которых длительные периоды отрицательных температур. Однако в последние годы технология теплового насоса с воздушным источником продвинулась настолько, что теперь она предлагает законную альтернативу отоплению помещений в более холодных регионах.

        Например, исследование, проведенное Northeast Energy Efficiency Partnerships, показало, что когда устройства, разработанные специально для более холодных регионов, были установлены в регионах Северо-Востока и Средней Атлантики, ежегодная экономия составляет около 3000 кВтч (или 459 долларов США) по сравнению с электрическими нагревателями сопротивления. и 6200 кВтч (или 948 долларов США) по сравнению с масляными системами. При замещении масла (т. е. маслосистема остается, но работает реже) среднегодовая экономия составляет около 3000 кВтч (или около 300 долларов).

        Типы воздушных тепловых насосов

        Ниже описаны различные типы воздушных тепловых насосов.

        Бесканальные, канальные и короткоходные, канальные

        Для бесканальных систем требуется минимальная конструкция, так как для соединения наружного конденсатора и внутренних головок требуется всего трехдюймовое отверстие в стене. Бесканальные системы часто устанавливаются в пристройках.

        Канальные системы просто используют воздуховоды. Если в вашем доме уже есть система вентиляции или дом будет новой постройкой, вы можете рассмотреть эту систему.

        Короткие воздуховоды — это традиционные большие воздуховоды, которые проходят только через небольшую часть дома. Краткосрочные воздуховоды часто дополняются другими агрегатами без воздуховодов для остальной части дома.

        Сплит против упакованного

        Большинство тепловых насосов представляют собой сплит-системы, т. е. у них один змеевик внутри и один снаружи. Подающий и обратный воздуховоды подключаются к внутреннему центральному вентилятору.

        Комплектные системы обычно имеют как змеевики, так и вентилятор на открытом воздухе. Нагретый или охлажденный воздух подается внутрь из воздуховодов, проходящих через стену или крышу.

        Многозонный против однозонного

        Однозональные системы предназначены для одного помещения с одним наружным конденсатором, соответствующим одному внутреннему напору.

        Многозональные установки могут иметь два или более внутренних змеевика, подключенных к одному наружному конденсатору. Многозональные внутренние теплообменники различаются по размеру и стилю, и каждый создает свою «зону» комфорта, позволяя обогревать или охлаждать отдельные комнаты, коридоры и открытые пространства. Это различие может также упоминаться как «многоголовый против одноголовочного» и «многопортовый против однопортового».

        Как они работают

        Изображение

        Система охлаждения теплового насоса состоит из компрессора и двух медных или алюминиевых змеевиков (один внутренний и один внешний), которые имеют алюминиевые ребра для облегчения теплопередачи. В режиме обогрева жидкий хладагент во внешнем змеевике отбирает тепло у воздуха и испаряется в газообразное состояние. Внутренний змеевик выделяет тепло из хладагента, когда он снова конденсируется в жидкость. Реверсивный клапан рядом с компрессором может изменить направление потока хладагента для режима охлаждения, а также для оттаивания наружного змеевика зимой.

        Эффективность и производительность современных тепловых насосов с воздушным источником являются результатом технических достижений, таких как:

        • Термостатические расширительные клапаны для более точного управления потоком хладагента во внутреннем змеевике
        • Воздуходувки с регулируемой скоростью, которые более эффективны и могут компенсировать некоторые неблагоприятные последствия суженных воздуховодов, грязных фильтров и грязных змеевиков
        • Улучшенная конструкция катушки
        • Усовершенствованный электродвигатель и двухскоростной компрессор
        • Медная трубка с канавками внутри для увеличения площади поверхности.

        Выбор теплового насоса

        Каждый бытовой тепловой насос, продаваемый в этой стране, имеет этикетку EnergyGuide, на которой указан рейтинг эффективности обогрева и охлаждения теплового насоса в сравнении с другими доступными производителями и моделями.

        Тепловая эффективность электрических тепловых насосов с воздушным источником определяется коэффициентом полезного действия отопительного сезона (HSPF), который представляет собой меру за средний отопительный сезон общего количества тепла, подаваемого в кондиционируемое помещение, выраженное в БТЕ, деленное на общее электрическая энергия, потребляемая системой теплового насоса, выраженная в ватт-часах.

        Эффективность охлаждения определяется сезонным коэффициентом энергоэффективности (SEER), который представляет собой меру за средний сезон охлаждения общего количества тепла, отводимого из кондиционируемого помещения, выраженного в БТЕ, деленного на общую электрическую энергию, потребляемую тепловым насосом. , выраженное в ватт-часах.

        Как правило, чем выше HSPF и SEER, тем выше стоимость устройства. Тем не менее, экономия энергии может окупить более высокие первоначальные инвестиции несколько раз в течение срока службы теплового насоса. Новый центральный тепловой насос, заменяющий старый агрегат, будет потреблять гораздо меньше энергии, что существенно снизит затраты на кондиционирование воздуха и отопление.

        Чтобы выбрать воздушный электрический тепловой насос, обратите внимание на этикетку ENERGY STAR®. В более теплом климате SEER важнее, чем HSPF. В более холодном климате сосредоточьтесь на получении максимально возможного HSPF.

        Вот некоторые другие факторы, которые следует учитывать при выборе и установке воздушных тепловых насосов:

        • Выберите тепловой насос с управлением оттайкой по требованию. Это сведет к минимуму количество циклов оттаивания, тем самым уменьшив потребление дополнительной энергии и энергии теплового насоса.
        • Вентиляторы и компрессоры шумят. Расположите наружный блок вдали от окон и соседних зданий и выберите тепловой насос с более низким рейтингом наружного шума (децибелы). Вы также можете уменьшить этот шум, установив устройство на шумопоглощающее основание.
        • Расположение наружного блока может повлиять на его эффективность. Наружные блоки должны быть защищены от сильного ветра, который может вызвать проблемы с оттаиванием. Вы можете стратегически разместить куст или забор с наветренной стороны от катушек, чтобы защитить устройство от сильного ветра.

        Проблемы с производительностью тепловых насосов

        Тепловые насосы могут иметь проблемы с низким расходом воздуха, негерметичными воздуховодами и неправильной заправкой хладагента. Расход воздуха должен составлять от 400 до 500 кубических футов в минуту (куб. фут/мин) на каждую тонну мощности теплового насоса по кондиционированию воздуха. Эффективность и производительность ухудшаются, если расход воздуха намного меньше 350 кубических футов в минуту на тонну.

        Тепловые насосы типы: Виды тепловых насосов и особенности их монтажа и эксплуатации