Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, виды, расчет мощности и стоимость монтажа

Автономные системы отопления это то, что делает загородным дом по-настоящему «крепостью». Установив надежную и энергоэффективную конструкцию вы избавитесь от диктата монополистов и сможете регулировать климат в дома так, как вы сочтете нужным. Существует масса конструкций автономных отопительных систем. Они делятся на типы по источнику тепловой энергии. Это может быть твердое топливо, электрическая энергия, газовое снабжение или солнечная энергия. В последнее время на этом рынке появилась свежая инновация – тепловой насос, который использует стабильную температуру недр земли для отопления дома.

Тепловой насос частного дома — общая схема в разрезе

Принцип работы теплового насоса для отопления частного дома: объясняем на пальцах

Если отбросить все технические моменты — можно привести вам пример, который раз и на всегда поможет вам понять, как тепловой насос может отопить ваш дом, затратив при этом столь ничтожное количество электроэнергии. Представьте, что в системе отопления вашего частного дома: радиаторы батарей, трубы (внутренний контур) — залито 100 литров холодной воды с температурой 2 градуса по Цельсию. Вы укладываете на глубину около 2 метров под землей очень длинную пластиковую трубу, срок службы которой достигает 100 лет (внешний контур). В подземную трубу помещается примерно 1000 литров рабочей жидкости. Солнце круглый год греет нашу планету и разогревает её недра до температуры +7 +8 градусов по Цельсию. Итого мы имеем 1000 литров жидкости с температурой +7.5 градусов. Теперь в игру вступает сам тепловой котел, который как соковыжималка вытягивает из каждого литра рабочей жидкости по 7.5 градусов, давайте напишем формулу: 1000л. х 7.5 = 7500 градусов чистой энергии. Эта чистая энергия передается воде в самой системе отопления, в итоге получаем 100 литров воды с температурой 7500/100 =75 градусов, неплохо, да? Все основные затраты электроэнергии расходуются на два насоса, которые качают рабочую жидкость по системам внешнего (подземного) и внутреннего (внутридомового) контуров и компрессор, который создает давление. Получается, что основными рабочими лошадками являются насосы, отсюда и название самой системы — «Тепловой насос».
Но каким образом этому «Чудо-котлу» удается отбирать энергию и концентрировать её до гораздо более высокой температуры? Это очень просто, вы никогда не задумывались, как работает ваш холодильник или кондиционер? Может быть и кондиционер является для вас загадкой, но он работает и точно также будет работать и система отопления дома с тепловым насосом, это как холодильник наоборот. Схематично это можно представить в таком виде:

Применение тепловых насосов только набирает силу в Россию. Эти сведения только начинают распространяться в профессиональной строительной среде. Также информация о данных системах пока еще мало знакома российским потребителям. Однако, эта инновация уже получила широкое распространение и уже около тридцати лет такие конструкции применяются для теплоснабжения частных домов. Особое преимущество данным конструкциям придает тот факт, что они используют возобновляемые источники энергии. Такой подход предполагает разовые затраты на приобретение и монтаж системы, небольшие затраты на регулярное регламентное обслуживание и абсолютно бесплатные энергоносители. Это немаловажно в условиях стремительно растущих тарифов на любые типы энергии.

Из каких частей состоит тепловой насос

Исходя из конструкционных особенностей все семейство систем отопления с «тепловыми насосами» делится на три основных составных части:

• Внешний контур. Эта конструкция размещается либо в водоемах, либо непосредственно в толще земли и служит для сбора природного тепла недр земли.
• Сам тепловой насос. Это оборудование работает по принципу, обратному обычному бытовому холодильнику и передает в помещение тепло, накопленное землей или водой от предыдущего воздействия солнечной энергии.
• Внутренний контур. Это классическая система распределения тепла и горячей воды внутри жилища.

Внешний контур отопления теплового насоса

Основным элементом внешнего контура таких систем является теплообменник. Он монтируется из пластиковых труб, расположенных специальным образом в толще земли или водоема. Трубы можно прокладывать вертикальным, горизонтальным или «водным» методом. Выбор способа прокладки определяется индивидуально для каждой системы, так как существуют определенные ограничения. Внутри труб находится теплоноситель – антифриз. Он имеет низкую температуру замерзания. Обычно для этих целей используется пропиленгликоль или этиловый спирт.

• К горизонтальной прокладке труб обычно прибегают при наличии большого приусадебного участка, так как над трубами не должно находиться никаких строений. Трубы размещаются на индивидуальной глубине для каждого региона. Так, для Сибири эта величина составляет 1,8 метра. Траншеи для труб прокладываются по извилистой линии.
• Вертикальный метод размещения труб требует больших трудовых и финансовых затрат, так как предполагает бурение глубоких скважин. Глубина скважин может достигать ста метров. Но зато такие системы можно установить даже на небольшом приусадебном участке.
• Выбирать водный способ прокладки труб следует при наличии рядом озера или реки. Трубы помещаются в воду ниже уровня зимнего промерзания. Эта самый дешевый метод размещения труб, так как при нем существенно уменьшается длина внешнего контура. Глубина и длина размещения трубопровода рассчитывается индивидуально в зависимости от региона. Зимой в водоемах вода замерзает только на поверхности, а в глубине водоема ее температура остается положительной. Однако это утверждение справедливо не для всех водоемов – мелкие озерца и речушки могут при суровой зиме промерзать до дна. Кроме того, такой трубопровод может повредиться в период весеннего ледохода. Вызывает вопросы и отношение контролирующих организаций к размещению труб с антифризом на территории водоемов.

Технические особенности устройства теплового насоса

Такие конструкции приобретаются, как правило «в сборе» и состоят из следующих составных частей:

• Бойлера,
• Насосной установки внешнего контура,
• Насосной установки внутреннего контура распределения тепла,
• Автоматической регулировочной системы.

Сам тепловой насос имеет внешний вид большого газового котла, с подключением к четырем трубам:

• Входному и выходному патрубку внешнего контура
• К подаче и к обратке системы теплоснабжения.

Такая установка, несмотря на солидное назначение имеет довольно компактные размеры и напоминает по внешнему виду и уровню шума обычный бытовой холодильник. Такую конструкцию можно установить в любом подсобном помещении вашего здания, для нее нет особых инженерных требований.
Тепловой насос может работать как источником тепла для системы отопления или горячего водоснабжения, так и выдавать холод для кондиционирования воздуха. Около 80 процентов энергии, необходимой для его работы он получает из внешней возобновляемой энергии, накапливающейся в толще земли или воды.

Как устроен внутренний контур теплового насоса

Внутренний контру таких систем устроен довольно традиционно. Нагревать помещения или, наоборот, охлаждать их могут теплые полы с водяным теплоносителем или специальные устройства – фанкойлы, напоминающие усовершенствованный кондиционер.
В таких системах не используются традиционные отопительные радиаторы, так как максимальная температура теплоносителя не превышает 55 градусов Цельсия.
Установка фанкойлов наиболее предпочтительна, так как они более эффективно могут работать как в режиме тепловентилятора холодной зимой, так и в режиме охлаждающего кондиционера жарким летом. Летом температура воздуха, поступающего из вентилятора может достигать минимальной величины в 7 градусов, что безусловно будет достаточно для эффективного охлаждения дома.

Очевидные плюсы установки теплового насоса для отопления частного дома

Рассмотрим основные преимущества таких систем:

• Прежде всего они чрезвычайно экономны. Расчеты показывают, что расходы на отопление при использовании такой системы снижаются в семь раз. Система требует для своей работы электричество, но всего 1 киловатт электричества даст вам 4-7 киловатта тепловой энергии, из которых до 85 процентов достанутся вам абсолютно бесплатно. При этом система одинаково эффективно может как нагревать помещение, так и охлаждать его.
• В таких системах очень низки эксплуатационные расходы. Вам придется платить только за небольшое количество потраченной электрической энергии.
• Вам не придется бегать по инстанциям, согласовывая подключение дома к магистральным линиям теплоснабжения, к газовым магистралям. Вас не будут волновать проблемы прорывов и протечек на этих трассах.
• Единственным недостатком такой системы является стоимость ее установки. Впрочем, вы вполне можете прикинуть, через сколько лет установленная система может окупить свое приобретение и монтаж.

Выгодно ли ставить тепловой насос в современных условиях (видео):

Монтаж частей системы теплового насоса

Изучив порядок монтажа систем отопления и кондиционирования, основанных на тепловых насосах вы вполне можете провести этот процесс самостоятельно. Во всяком случае, обладая необходимыми знаниями, вы вполне сможете грамотно проверить ход выполнения таких работ сторонними организациями.
На начальном этапе производится расчет необходимой мощности системы. Для этого оцениваются потенциальные теплопотери строения.
Далее подбирается необходимая конфигурация системы: рассчитывается необходимая протяженность и глубина залегания внешнего контура, мощность «теплового насоса» и объем и места расположения отопительно-охладительных устройств внутреннего контура.
На следующем этапе бурятся скважины под внешний контур отопительно-охладительной системы.

бурение скважины

В пробуренные скважины устанавливаются специальные, заранее изготовленные геотермальные зонды.

геотермальные датчики (внешний вид)

опускаем датчик в скважину

Внешний контур системы соединяется с коллектором, расположенным внутри здания. Параллельно изготавливается и устанавливается сам коллектор внешнего контура.

соединение с коллектором 1

соединение с коллектором 2

канава под тепловую систему

коллектор внешнего контура

Рассчитывается и проектируется система отопления и охлаждения. Непосредственно после расчета производится ее монтаж: строится система теплых полов или комбинированных вентиляторов. При применении фанкойлов до места их расположения монтируются вентиляционные каналы.

напольный фейкнол

подвесной фейкнол

коллектор теплого пола

коллектор системы отопления

монтаж коллектора

Вся система соединяется в единое целое. После сбора производится наполнение всей системы рабочими жидкостями и тестовое подключение.

тепловое оборудование в сборе

В течении некоторого времени построенная система прогоняется на различных режимах работы. В зависимости от достигнутых показателей проводится тонкая регулировка и настройка.
В связи с технологической сложностью регулировки, контрольные показатели с системы снимаются ежемесячно на протяжении одного года. В дальнейшем система, как правило начинает работать по годовому циклу и не требует столь частой проверки.
Ряд организаций, монтирующие отопительно-охладительные системы с использованием «тепловых насосов» предлагает услуги по удаленной регулировке и настройке параметров системы. В этом случае физического присутствия наладчика в вашем доме не требуется.

До сих пор не поняли, как тепловой насос может отопить ваш дом? Смотрите обучающее видео

Виды тепловых насосов в зависимости от типа системы (видео)

Существует несколько видов систем тепловых насосов, мы предлагаем вам ознакомится с особенностями каждого отдельного вида, все плюсы и минусы отображены на видео. Надеемся после просмотра вы однозначно решите для себя, какой именно тип лучше всего применим в вашем случае!

Вода-вода

Воздух-вода

Воздух-воздух

Грунт-вода

Реально ли сделать тепловой насос своими руками?

Если вы ощущаете в себе достаточные силы для создания чего-либо грандиозного, можно начать со строительства независимой системы автономного отопления вашего жилища. Процесс создания теплового насоса из старого кондиционера подробно описан в этом видео, если вы будете следовать всем его советам то у вас точно всё получится и вы сэкономите очень много денег, удачи в постройке!

После установки — напишите нам о своем результате, нам приятно будет знать, сколько вы сэкономили после установки теплового насоса. Своим советом вы поможете тем, кто еще только собирается присоединиться к прогрессивной части человечества!