Отопление дома тепловым насосом: виды, плюсы, минусы

Правильно рассчитанная мощность системы отопления позволяет без усилий обогревать дом и обеспечивает функциональность всех элементов системы. Чтобы ее определить

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией теплоносителя

В зависимости от того, откуда внешний контур черпает энергию, тепловые насосы делятся на типы:

  • Грунт – Вода
  • Вода – Вода
  • Воздух – Вода

Существует также вариант «Воздух – Воздух», но он мало применим для нашего климата, так как в холодное время, при температуре ниже 0 градусов С, эта система практически не используется.

Отопление дома тепловым насосом: виды, плюсы, минусы

В качестве главного теплоносителя внешнего контура во всех трех типах используются либо вода с соляными добавками, в обиходе – «рассол», либо специальная гликолиевая смесь (антифриз), либо вода с добавлением технического спирта. Также во всех системах применяются современные трубы ПВХ, хорошо себя зарекомендовавшие.

Принцип работы воздушно теплового насоса

«Грунт – вода»

Принцип действия системы внешнего контура «Грунт – вода» принято считать наиболее

эффективным, поскольку заглубление контура на 1,5-2 метра уже дает нужный постоянный термоэффект, не зависящий от внешних погодных условий. Трубы данного контура могут располагаться как вертикально, так и горизонтально. При вертикальном расположении труб потребуются максимально возможные затраты, так как придется использовать буровую установку для бурения скважин, глубиной 100-150 метров, и для передачи тепла понадобятся дорогостоящие глубинные зонды. Температура на большой глубине достаточно высока, этот тип насоса обладает максимальной теплоотдачей. При горизонтальном расположении контура производится выемка грунта на площади 25-30 кв.м на 1 киловатт мощности. В этот котлован укладываются трубы «змейкой» с шагом 50 см, с последующей засыпкой до первоначального уровня земли, либо проштрабливаются траншеи по этой же схеме.

Площадь, под которой расположен внешний контур теплового насоса, недопустимо использовать для высадки деревьев и многолетних кустов. Возможна только разбивка клумб с однолетними растениями либо высев газонной травы.

«Вода – Вода»

Вполне сравним по эффективности и контур «Вода – Вода», т.к. на глубине более 3 метров температура среды достаточно постоянна и высока. Для установки контура можно использовать как открытые близлежащие водоемы, так и грунтовые воды из скважин и колодцев. В открытом водоеме требуется снабдить уже смонтированный контур с теплоносителем, отягощенным грузом, и заякорить на нужной глубине либо просто опустить на дно. Более сложная система может понадобиться при использовании теплового потенциала грунтового водяного слоя с сооружением дополнительного колодца для сброса пропускаемой теплообменником воды.

Отопление дома тепловым насосом: виды, плюсы, минусы

«Воздух-Вода»

Тепловой насос с принципом действия «Воздух-Вода»

Тепловой насос с принципом действия «Воздух-Вода» наименее эффективен в работе, поскольку при температуре «на улице» ниже -5 градусов С, его мощность резко снижается, и требуется дополнительный обогрев помещения. Однако подкупает малозатратность и простота монтажа конструкции.

Перед монтажом теплового насоса обязательно сделайте проверку состояния электропроводки. Также учтите, что счетчик электроэнергии должен иметь предельную силу тока не менее 40 ампер.

Что нужно знать?

Вы можете говорить о том, что раз тепловые насосы такие эффективные, то почему так слабо распространены. Все дело заключается в высокой стоимости оборудования и монтажа. Именно по этой простой причине многие отказываются от данного решения и выбирают, скажем, электрические или угольные котлы. Тем не менее отбрасывать данный вариант не стоит по многим причинам, о чем мы обязательно скажем в данной статье. Тепловые насосы после установки становятся весьма экономичными, так как используют энергию грунта. Геотермальный насос — это 3 в 1. Он сочетает в себе не только отопительный котел и систему ГВС, но и кондиционер. Давайте поближе познакомимся с данным оборудованием и рассмотрим все его сильные и слабые стороны.

Что влияет на потри тепла в доме 

На потери тепла влияет множество факторов, к каждому из которых также разработаны коэффициенты:

  • Высота потолков. Если потолки свыше 2,5 м, требуется производить расчет не по площади дома, а по кубатуре. На каждый 1 м3 потребуется 40 Вт тепловой мощности;
  • Качество утепления. Если здание грамотно утеплено, коэффициент не применяется. В противном случае, действуют коэффициенты в зависимости от материала стен: из бетона и блоков – 1,25-1,5, из бревен и бруса – 1,25, из кирпича – 1,1-1,25, из пеноблоков – 1;
  • Количество окон и дверей. На каждое окно необходимо прибавить к мощности котла по 100 Вт, наружных дверей – по 200 Вт;
  • Качество стеклопакетов. Типовые с деревянной рамой – 0,2, пластиковые однокамерные – 0,1, двухкамерные — 0,07, энергосберегающие – 0,057;
  • Расположение комнат. Расчет мощности котла лучше делать для каждой комнаты, при этом учитывать коэффициент 0,1-0,3 для внутренних помещений, 1 – для комнаты с одной наружной стеной, 1,15 – с двумя и 1,22 – с тремя;

Расчет мощности системы отопления — взять «про запас» 

Итак, определив предварительную мощность по площади дома и применив все поправочные коэффициенты, получаем мощность котла, необходимую для отопления конкретного здания. Специалисты рекомендуют к конечному результату применить еще коэффициент 1,2, т.е. прибавить 20% «на запас». Он необходим для покрытия возможных теплопотерь, которые не были учтены в расчетах. 

Расчет отопления зависит также от типа котла. Так, для двухконтурного к конечному результату применяется еще и коэффициент 1,5. Такой запас мощности необходим для обеспечения контура ГВС. 

Немаловажно учитывать материал, из которого изготовлены радиаторы. Обладающие большей теплопроводностью стальные, алюминиевые или биметалические быстрее нагреваются и отдают тепло комнатам (мощность одной секции — 200 Вт). Чугунные радиаторы медленно нагреваются, но способны дольше аккумулировать тепло (мощность одной секции — 150 Вт). Количество секций определяется исходя из мощности котла или по площади дома и факторов, перечисленных выше. Для утепленного дома со стандартной высотой потолков потребуется 1 секция металлического радиатора на каждые 1,8-2 м2 или 1 секция чугунного на каждые 1,1-1,3 м2.

На расчет отопления также влияет материал, из которого смонтирована система отопления. Если для монтажа выбраны металлические трубы, стоит учесть, что они также нагреваются и отдают тепло в комнаты. Используя их, можно сократить количество секций радиаторов в помещениях. Пластиковый или пропиленовый трубопровод теплоотдачей обладает в минимальной степени, но чаще применяется благодаря современному дизайну и простоте монтажа.

Преимущество ТН

Современная техник имеет множество преимущественных особенностей, включая рентабельность использования:

Читайте также:  Инструкция как собрать и установить дымоход из нержавейки
Преимущества Описание
Эффективность Для работы теплового насоса необходимо использовать электричество. Однако в результате она во время преобразования в тепловую энергию увеличивается в 2,5-5 раз. Это позволяет при экономичном потреблении обеспечить максимальное количество тепла.
Автономность Система работает без каких-либо дополнительных коммуникаций. Достаточно правильно установить ТН. Используется только лишь электроэнергия. Ее можно получать из генератора, если нет центральных сетей.
Универсальность Подобная техника используется не только для отопления частных домов, но и для общественных мест. Насос актуален даже в промышленности, если речь идет о достаточно крупных объектах.
Экологичность Работа подобной системы отопления совершенно не вредит природе
Долговечность Подобное устройство работает несколько десятков лет. Срок эксплуатации определен в 50 лет, а затем можно будет сделать капитальный ремонт и продолжать использовать насос.
Безопасность Часто система отопления в частных домах действительно очень опасна. Это зависит от того, что используются горючие вещества. Это может быть газ, топливо, уголь. При использовании насоса нет никаких дополнительных горючих веществ, кроме того он не нагревается до слишком высоких температур, не может возникнуть пожар.
Комфортное использование Насос работает бесшумно, он обеспечивает определенный уровень тепла и влажности в доме, благодаря чему в помещениях всегда будет комфортно находиться. Более того, есть возможность дистанционного управления, если понадобиться отрегулировать температуру.

Примечание! Подобные положительные характеристики позволяют смело назвать именно тепловой насос самым современным способом отопления.

Геотермальные тепловые насосы в нашем климате.

Температура грунта более стабильна, чем воздуха, поэтому грунтовой тепловой насос не должен работать в широком диапазоне температур испарителя и его компоненты могут быть благодаря этому дешевле, чем воздушного насоса, с хорошими параметрами. На некоторой глубине под поверхностью земли, называемой глубиной промерзания, температура всегда выше 0 градусов по Цельсию.

Геотермальные тепловые насосы в нашем климате.

Глубина промерзания грунта в России нормируется СНиП , в котором эта глубина варьируется от 0,8 м до 2,4 м. Применяется также расчетный метод. На местном уровне, температура грунта может отличаться от этих значений (грунт может быть охлажден, например, от сильного ветра). Однако, на глубине большей, чем 1,5 м грунт всегда имеет плюсовую температуру. Чем глубже, тем температура грунта более стабильна – его не охлаждает холодный воздух, но он и меньше нагревается в результате воздействия солнечных лучей.

Источники тепла и требования к первичным контурам

Источником тепловой энергии для теплового насоса может быть любая среда, которая в зимнее время имеет температуру стабильно выше 1oC. Это может быть:

Источники тепла и требования к первичным контурам
  • Вода — речка, озеро, непромерзающий пруд, колодец, даже сточные воды и т.п. Тут все понятно: подо льдом температура воды всегда положительная. В воду погружают трубопровод. Его длина зависит от требуемой мощности: один метр трубопровода дает до 30 Вт тепла. Если для отопления дома необходимо 15 кВт, то в воду нужно погрузить 500 метров трубы. Ее можно укладывать кольцами или змейкой. Этот тип оборудования называется «тепловой насос вода-вода», если тепло отбивается от воды и передается жидкому теплоносителю в отопительной системе. И тепловой насос вода-воздух, если отобранное у воды тепло уходит на обогрев воздуха в помещении.

    Для отбора тепла у воды, потребуется утопить большое количество труб

  • Воздух. Теплые воздушные массы систем вентиляции, выхлопы каких-то агрегатов и др. Если использовать обычный водяной контур для нагрева теплоносителя и тепловой насос вода-вода, то в среднем коэффициент преобразования 1,5-2,2. Но есть специальные тепловые насосы воздух-воздух или воздух-вода, которые показывают гораздо более высокую эффективность за счет использования современных технологий. Тогда коэффициент преобразования может быть выше 4. Воздушные тепловые насосы распространены наиболее широко: нет нужды устанавливать большие контура, а источник тепла можно найти. По сути все кондиционеры, которые могут работать на обогрев, являются тепловыми насосами, но с небольшой эффективностью. Есть одно серьезное «но»: эти системы не могут функционировать при низких температурах. Где брать тепло, если уже глубокий минус? Только некоторые модели способны отбирать его при -20oC и то не в самых больших количествах, а для большинства нижний предел -10°C.
  • Породы на глубине более 20 м. Самый стабильный источник тепла. И зимой и летом температура почти одинакова. Вся сложность заключается в том, что приходится бурить скважины, а это далеко недешево. Вниз опускают U-образную трубку, заполненную теплоносителем. Один метр скважины может дать 50-60 Вт тепла. Потому для обеспечения такого же количества тепла 15 кВт потребуется 250-300 м скважин. Понятно, что одной скважиной тут не обойдешься, дешевле сделать несколько расположенных рядом с рассчитанной общей протяженностью. Система довольно эффективна, но срок окупаемости — не менее 10-15 лет, и это при хорошо утепленном доме. Эти насосы называют геотермальными — используется тепло земли.

    Способы устройства коллектора в грунте: вертикальный и горизонтальный

  • Отбор тепла от грунта. Ниже уровня промерзания на 30-50 см температура практически всегда стабильно выше 0oC. На практике заглубление требуется на 1-2 метра в зависимости от региона. Трубопровод укладывают с расстоянием между витками 1-1,5 метра. Отбор зависит от типа грунта и влажности: во влажных грунтах с близко расположенными грунтовыми водами эффективность выше — 50-70 Вт/м, в сухих песчаных грунтах самая низкая 30-40 Вт/м. Так при укладке в «эффективный» грунт 15 кВт тепла можно получить с 250 м трубопровода. Для этого потребуется приличный участок земли. Для уменьшения занимаемой площади трубы могут укладывать кольцами. Несмотря на довольно высокую эффективность, такой способ используют редко: велики объемы земельных работ. И подземный трубопровод с большей вероятностью может быть поврежден, чем все остальные.
Источники тепла и требования к первичным контурам

Источники трех последних групп хоть и являются разными средами, на самом деле получают тепло в немалой степени от земной коры. Потому устройство, работающие с ними, называют еще геотермальный тепловой насос.

Источники тепла и требования к первичным контурам

Чтобы горизонтальный контур занимал меньшую площадь, трубы можно уложить кольцами

Источники тепла и требования к первичным контурам

Несмотря на то, что в использовании тепловые насосы очень экономичны, они требуют больших средств на установку: от 300$ до 1000$ на один киловатт мощности. Срок их окупаемости 5-15 лет, при строке эксплуатации до капитального ремонта от 15 лет до 20 лет.

Источники тепла и требования к первичным контурам

Для снижения расходов и уменьшения «стартовых» затрат систему делают комбинированной: часть тепла для отопления дома дает тепловой насос, а часть — какой-то другой источник тепла, хоть та же печка. Так расходы и на монтаж системы и на отопление минимизируются. Дело в том, что расчет потребности тепла берется исходя из самых низких температур в регионе. Но такое время — это одна, максимум полторы недели в отопительном сезоне. Для остального промежутка требуется намного меньшая мощность. Вот эту среднюю потребность и обеспечивает тепловой насос. То есть его мощность может составлять 50-70% от пиковой. А в самые холодные дни подключается резервный источник тепла. Разумное решение, которое экономит довольно приличную сумму.

Что еще приятно, что летом система может работать в режиме кондиционирования, отбирая тепло в помещении и отдавая его в первичный контур.

Калькулятор расчета необходимой мощности электрообогревателя – с подробными пояснениями

Электрический обогрев помещений всегда может прийти на помощь основной системе отопления, заменить ее в осенний или весенний период межсезонья, а в особых случаях – даже стать основным источником тепла в зимнюю пору. Все зависит от того, какой тепловой мощностью обладают приобретаемые электрические нагреватели.

Калькулятор расчета необходимой мощности электрообогревателя

Несмотря на широкое разнообразие современных электрических обогревательных приборов – конвекторов, тепловентиляторов, масляных радиаторов, инфракрасных излучателей и т.п., параметр мощности для любого из них является определяющим.

Именно он показывает тот эксплуатационный потенциал, который заложен производителем в это изделие. Значит, прежде чем отправляться в магазин за покупкой, необходимо четко представлять, с каким критерием оценки подходить к выбору той или иной модели.

Поможет в этом — калькулятор расчета необходимой мощности электрообогревателя.

Ниже будут даны некоторые необходимые разъяснения по порядку проведения расчетов.

Калькулятор расчета необходимой мощности электрообогревателя – с подробными пояснениями

Калькулятор расчета необходимой мощности электрообогревателя

Перейти к расчётам

Пояснения по проведению расчетов мощности обогревателя

Программа калькулятора основана на учете особенностей помещения, в котором предполагается использование электрического обогревателя.

  • Прежде всего необходимо определиться, какая миссия будет возлагаться на прибор – станет ли он лишь «подмогой» для отопления, или необходимо предусмотреть вариант, когда обогреватель должен будет справиться с функцией основного источника тепла.
  • Площадь помещения – исходная величина для проведения расчетов.
  • Внешние стены – чем их больше, тем выше общее количество тепловых потерь, требующих определенной компенсации.
  • Стены с северной и восточной сторон практически никогда не получают «солнечного заряда», в отличие от южных и юго-западных.
  • Стены, расположенные с наветренной стороны, охлаждаются значительно быстрее других – это учтено в алгоритме расчета.
  • При указании уровня температур не следует указывать рекордно низкие показатели – это должно быть значение, которое является обычным для региона проживания, в самую холодную декаду зимы. Тем самым калькулятор уже учтет имеющиеся климатические особенности.
  • Степень утепления стен. Если термоизоляционные работы проводились полноценно, на основании проведенных теплотехнических расчетов, то можно отнести стены к разряду качественно утепленных. Кирпичная стена, примерно в 400÷500 мм толщиной, и аналогичная ей, могут претендовать на среднюю степень утепленности. Стены вообще без утепления, по идее, рассматриваться и вовсе не должны, так как в таком помещении даже при непозволительно большом расходе электроэнергии, комфортного микроклимата все равно не добиться. Приобретение электрообогревателя в таких условиях становится бессмысленной затеей.
  • Высота потолков – влияет на общий объем помещения.
  • Следующие два окна ввода – это характер помещений, расположенных сверху и снизу рассматриваемой комнаты. Естественно, от их особенностей зависит количество теплопотерь через верхнее и нижнее перекрытие.
  • Далее – блок полей, касающихся окон в помещении. Необходимо, в первую очередь, указать тип окон – калькулятор учтет их теплосберегающие возможности. Далее, после указания количества и размеров окон, программа вычислит коэффициент остекления (относительно площади помещения) и сделает соответствующую корректировку в расчетах.
  • Наконец, в комнате может быть одна или даже несколько используемых дверей, выходящих на улицу или в неотапливаемые помещения. Естественно, что при каждом открывании такой двери в комнату поступает немалый объем охлаждённого воздуха, который потребует дополнительного расхода тепловой мощности.

Результат дается в ваттах и киловаттах. По этим параметрам уже можно будет оценивать приглянувшуюся в магазине модель электрообогревателя.

КПД и СОР

Здесь наглядно показано что ¾ части энергии мы получаем из бесплатных источников. (Для увеличения нажмите)

Для начала определимся в терминах:

  • КПД — коэффициент полезного действия, т.е. сколько полезной энергии получается в процентном соотношении от энергии, затраченной на действие системы;
  • СОР — коэффициент эффективности трансформации (англ. — coefficient of performance).
КПД и СОР

Как сделать пеллетный котел своими руками, читайте в этой статье:

Такой показатель, как КПД, часто используют в рекламных целях: «КПД нашего насоса 500%!». Вроде и правду говорят — на 1 кВт потраченной энергии (для полноценной работы всех систем и агрегатов) произвели 5 кВт тепловой энергии.

Однако помните, что КПД не бывает выше 100% (этот показатель рассчитывается для замкнутых систем), поэтому логичнее будет использовать показатель COP (применяется для расчетов открытых систем), который показывает коэффициент преобразования использованной энергии в полезную.

Обычно COP измеряется в цифрах от 1 до 7. Чем выше цифра тем более эффективный теплонасос. В примере, приведенном выше (с КПД 500%), COP равняется 5.

Как сделать агрегат своими руками

Независимо от того, какой вариант ресурса (земля, вода или воздух) выбран для отопления, для корректного функционирования системы понадобится насос. Это устройство состоит из таких элементов, как:

  • компрессорный узел (промежуточный элемент комплекса);
  • испаритель, передающий низкопотенциальную энергию теплоносителю;
  • дроссельный клапан, через который хладагент находит обратную дорогу в испаритель;
  • конденсатор, где фреон отдает тепловую энергию и охлаждается до изначальной температуры.

Можно приобрести целостную систему у производителя, но это обойдется в приличную сумму. Когда свободных денег под рукой нет, стоит сделать теплонасос своими руками из имеющихся в распоряжении деталей и в случае надобности докупить недостающие запчасти.

Планируя установку в частном доме геотермальной отопительной системы, в первую очередь нужно позаботиться о снижении уровня теплопотери. Для этого стены необходимо утеплить специальным материалом, двери и оконные рамы снабдить поролоновыми прокладками, а пол и потолок защитить пенопластовыми панелями. Тогда выделенное насосом тепло в максимально объеме останется внутри помещения

Когда решение о собственноручном изготовлении теплового насоса принято, нужно обязательно проверить состояние имеющихся в доме электрической проводки и электросчетчика.

Если эти элементы изношенные и старые, необходимо просмотреть все участки, обнаружить возможные неисправности и устранить их еще до начала работ. Тогда система сразу после запуска будет безупречно работать и не побеспокоит хозяев короткими замыканиями, возгоранием проводки и выбиванием пробок.

Способ #1. Сборка из холодильника

Для сборки теплонасоса своими руками со старого холодильника снимают размещенный сзади змеевик. Эту деталь используют как конденсатор и помещают в высокопрочную емкость, устойчивую к агрессивным температурам. На нее крепят исправно работающий компрессор, а в качестве испарителя используют простую пластиковую бочку.

Если для создания насоса используется очень старый холодильник, лучше заменить в нем фреон на новый. Самостоятельно это сделать не получится, поэтому придется пригласить мастера со специальным оборудованием. Он быстро заменит рабочую жидкость, и система заработает в нужном режиме

Подготовленные элементы соединяют между собой, а потом созданный агрегат посредством полимерных труб подключают к отопительной системе и приступают к эксплуатации оборудования.

Способ #2. Теплонасос из кондиционера

Для того чтобы сделать теплонасос, кондиционер модифицируют и проводят перепланировку некоторых основных узлов. Сначала наружный и внутренний блоки меняют местами.

Испаритель, отвечающий за передачу низкопотенциального тепла, дополнительно не ставят, так как он имеется во внутреннем блоке агрегата, а передающий тепловую энергию конденсатор стоит во внешнем блоке. В качестве теплоносителя подходят как воздух, так и вода.

Если этот вариант монтажа не удобен, конденсатор устанавливают в отдельный резервуар, предназначенный для корректного теплообмена между греющим ресурсом и теплоносителем.

Саму систему снабжают четырехходовым клапаном. Для этой работы обычно приглашают специалиста, имеющего профессиональные навыки и опыт проведения мероприятий такого рода.

Современные сплит системы малоэффективны при низких температурах, поэтому профессионалы не рекомендуют использовать их для самостоятельного изготовления теплонасосов

В третьем варианте кондиционер полностью разбирают на составные детали, а потом из них комплектуют насос по традиционной общепринятой схеме: испаритель, компрессор, конденсатор. Готовый прибор присоединяют к обогревающему дом оборудованию и приступают к использованию.

Геотермальные насосы со встроенным тэном

Это способ решить массу возможных проблем. Даже если морозы превысят отметку в -20 градусов, электроника включит дополнительный нагревательный элемент, и температура в комнатах будет всегда комфортной. Если на зиму дом оставлен без присмотра, такая система не будет заморожена, так как ТЭН поддерживает положительную температуру в системе. Любая поломка не является проблемой, и пока не будут предприняты меры по ее устранению, агрегат работает как обычный электрический котел. Правда придется заплатить чуть больше.