Эффективность воздушного теплового насоса
ВТН эффективны и зимой, и летом, благодаря COP (коэффициенту преобразования). COP теплового насоса – это способ измерения его эффективности путем сравнения потребляемой мощности, необходимой для производства тепла, с количеством тепла на выходе.
Показатель COP корректируется с учетом времени года. Чтобы иметь возможность сравнивать тепловые насосы по тому, насколько сильно на них влияют эти изменения, используется сезонный COP (Seasonal Coefficient of Performance).
ВТН получает энергию из окружающего воздуха, но при снижении окружающей температуры снижается и эффективность.
Особенности тепловой системы воздух-вода
Тепловой насос, которому посвящена эта статья, в отличие от других модификаций подобного устройства (в частности, вода-вода и грунт-вода), обладает рядом достоинств:
- экономит электричество;
- для установки не потребуются масштабные земельные работы, бурение скважин, получение специальных разрешений;
- если подключить систему к солнечным батареям, то можно обеспечить полную ее автономность.
Веское преимущество тепловой системы, извлекающей энергию ветра и передающей ее воде, заключается в стопроцентной экологической безопасности.
Перед тем, как приступать к конструированию насоса, необходимо выяснить, в каких случаях система проявляет себя максимально эффективно, а когда ее использование нецелесообразно.
Тепловая насосная система, извлекающая энергию из воздушной массы, может использоваться для подогрева всех видов теплоносителей, применяющихся на территории СНГ: воды, воздуха, пара
Специфика применения и работы
Тепловой насос продуктивно работает исключительно в температурном диапазоне от -5 до +7 градусов. При температуре воздуха от +7 система будет вырабатывать больше тепла, чем необходимо, а при показателе ниже -5 – недостаточно для обогрева. Это связано с тем, что концентрированный фреон, находящийся в конструкции, закипает при температуре -55 градусов.
Теоретически система может вырабатывать тепло и в 30-градусный мороз, но его будет недостаточно для обогрева, ведь теплопроизводительность напрямую зависит от разности температуры кипения хладагента и температуры воздуха.
Поэтому жителям Северных регионов, где холода наступают раньше, эта система не подойдет, а в домах Южных областей она сможет эффективно прослужить несколько холодных месяцев.
Если в помещении установлены стандартные батареи, то тепловой насос будет работать менее эффективно. Лучше всего устройство воздух-вода сочетается с конвекторами и иными радиаторами с большой площадью, а также с системами «теплый пол», «теплые стены» водного типа.
Также само помещение должно быть хорошо утеплено снаружи, обладать встроенными многокамерными окнами, обеспечивающими лучшую теплоизоляцию, чем обычные деревянные или пластиковые.
Тепловой насос лучше всего взаимодействует с водяной системой «теплый пол», не требующей нагрева теплоносителя свыше 40 – 45º С
Самодельный тепловой насос сможет эффективно обогревать дома площадью до 100 кв. м и гарантировано выдавать мощность в 5 кВт. Следует понимать, что фреон невозможно залить достаточно качественно в конструкцию, созданную в бытовых условиях, поэтому следует рассчитывать на температуру его кипения до -22 градусов.
Устройство домашней сборки идеально подойдет для снабжения теплом гаража, теплицы, подсобных помещений, небольшого частного бассейна и др. Система обычно используется в качестве дополнительного обогрева.
Электрокотел или иное традиционное оборудование для отопительного сезона потребуется в любом случае. Во время сильных морозов (-15-30 градусов) тепловой насос рекомендуется выключать, чтобы избежать растрат электроэнергии, ведь в этот период его эффективность составляет не больше 10%.
Тепловые насосы поставляют достаточное количество энергии для обогрева воды в крытых частных бассейнах (+)
Принцип действия системы
Рабочее вещество в конструкции – воздух. Через наружный блок, устанавливающийся на улице, кислород по трубам поступает в испаритель, где взаимодействует с хладагентом.
Фреон под действием температуры становится газообразным (поскольку закипает при -55 градусах) и в нагретом виде под давлением поступает в компрессор. Устройство сжимает газ, тем самым увеличивая его температуру.
Горячий фреон поступает в контур накопительного бака (конденсатора), где происходит отдача тепла воде, которую впоследствии можно использовать для организации отопления и ГСВ. В конденсаторе фреон лишается только части своего тепла, и все еще находится в газообразном состоянии.
Проходя через дроссель, хладагент распрыскивается, в результате чего его температура понижается. Фреон становится жидким и в таком виде переходит в испаритель. Цикл повторяется.
На рисунке схематически показана реализация принципа элементарного теплового насоса, разделенного компрессором и расширителем на два контура – высокого и низкого давления
Желающим самостоятельно соорудить тепловой насос из бросовых материалов и отслужившей техники, к примеру, из старого холодильника, поможет информация, изложенная в рекомендуемой нами статье.
Расчёт мощности
Перед тем как купить тепловой насос или изготовить его самостоятельно, следует провести примерный расчёт мощности. Ведь если мощность будет недостаточна для площади вашего дома, то обогрев будет проводиться не в полной мере. Если выбрать излишне мощный насос, то – это приведёт к ненужным затратам.
В результате подсчётов выводится расчётная мощность теплового насоса типа воздух-вода или другой разновидности. Если здание хорошо утеплено и имеет небольшую площадь, мощность теплового насоса нужна будет меньше. Так, что теплоизоляцию специалисты рекомендуют делать до того, как покупать тепловой насос.
Ниже можно посмотреть таблицу примерной зависимости мощности теплового насоса в зависимости от площади обогреваемого помещения.
| Площадь помещения, кв. м. | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 |
| Мощность, кВт | 5 | 8 | 12 | 16 | 21 | 28 |
Из трубок с разряжённой средой
Этот способ подогрева жидкости можно использовать не только летом, но и зимой, он является одним из наиболее сложных. Место установки устройства из вакуумных трубок должно быть не тенистым, направленным к югу. Не допускается перегрев, циркуляция жидкости должна быть сверху вниз.
Вам потребуется следующие инструменты:
- Разводной ключ.
- Отвертки.
- Устройство для сварки пластиковых труб.
- Дрель.
Для начала соорудите раму и поставьте в предполагаемом месте установки, самым лучшим вариантом является крыша, затем закрепите её, например, анкерными болтами. Затем произведите подключение датчика температуры, воздухоотвода. Подсоедините водовод, используя материалы, которые устойчивы к отрицательным температурам.
Приступаем к монтажу нагревательного элемента, возьмите медную трубу и обмотайте её листовым алюминием, вставьте её в стеклянную вакуумную трубу. На низ трубки оденьте фиксирующую чашку и каучуковый пыльник. Металлический конец зафиксируйте в латунном конденсаторе (на трубке вы можете увидеть липкую смазку, не вытирайте её).
Произведите закрытие фиксирующей чаши, подобным способом произведите установку остальных элементов. Выполните установку монтажного блока и проведите к нему электричество 220В. Подключите к нему температурный датчик, воздухоотвод, хотя они и влагостойкие, лучше установить для них защитный экран, далее подсоединяем контроллер, при его помощи происходит контроль за работой системы, вот и весь процесс установки солнечного бойлера своими руками. Запрограммируйте систему на требуемые параметры и произведите запуск.
Принцип работы устройства
Тем, кто соприкасался с вопросами экономически выгодного отопления, название “тепловой насос” хорошо знакомо. Особенно в сочетании с терминами типа “земля-вода”, “вода-вода”, “вода-воздух” и т.п. Такой тепловой насос с устройством Френетта не имеет практически ничего общего, кроме разве что названия и конечного результата в виде тепловой энергии, которую в итоге используют для обогрева.
Тепловые насосы, работающие на принципе Карно, очень популярны и как экономически выгодный способ организации отопления, и как экологически безопасная система. Работа такого комплекса устройств связана с накоплением низкопотенциальной энергии, содержащейся в природных ресурсах (земле, воде, воздухе), и преобразованием ее в тепловую энергию с высоким потенциалом. Изобретение Евгения Френетта устроено и работает совершенно иначе.
Галерея изображений
Фото из
Генерирующую тепло систему, разработанную Е. Френеттом, нельзя безоговорочно отнести к классу тепловых насосов. По конструктивным и технологическим признакам это обогреватель
Агрегат не использует гео- или гелио-источники энергии в своей работе. Находящийся внутри него масляный теплоноситель разогревается от силы трения, создаваемой вращающимися металлическими дисками
Рабочий орган насоса — маслонаполненный цилиндр, внутри которого расположена ось вращения. Это стальной стержень, оснащенный установленными примерно через 6 см параллельными дисками
Центробежная сила выталкивает разогретый теплоноситель в присоединенный к прибору змеевик. Нагретое масло выходит из прибора в верхней точке соединения. Остывший теплоноситель возвращается обратно снизу
Внешний вид теплового насоса Френетта
Разогрев прибора во время работы
Основные конструктивные составляющие
Реальные размеры одной из моделей
Принцип действия этого прибора основан на использовании тепловой энергии, которая выделяется при трении. В основе конструкции — металлические поверхности, расположенные не вплотную друг к другу, а на некотором расстоянии. Пространство между ними заполняют жидкостью. Части устройства вращаются относительно друг друга с помощью электромотора, жидкость, находящаяся внутри корпуса и контактирующая с вращающимися элементами, разогревается.
Полученное тепло можно использовать для нагрева теплоносителя. Некоторые источники рекомендуют использовать эту жидкость непосредственно для отопительной системы. Чаще всего к самодельному насосу Френетта присоединяют обычный радиатор. В качестве жидкости для нагрева специалисты настоятельно рекомендуют использовать масло, а не воду.
В процессе работы насоса этот теплоноситель имеет свойство разогреваться очень сильно. Вода в таких условиях может просто закипеть. Горячий пар в замкнутом пространстве создает избыточное давление, а это обычно приводит к разрыву труб или корпуса. Использовать масло в такой ситуации намного безопаснее, поскольку его температура кипения значительно выше.
Для изготовления теплового насоса Френетта потребуется двигатель, радиатор, несколько труб, стальной дисковый затвор, стальные диски, металлический или пластиковый стержень, металлический цилиндр и гаечный набор (+)
Бытует мнение, что КПД такого теплогенератора превышает 100% и даже может составлять 1000%. С точки зрения физики и математики это не совсем корректное утверждение. КПД отражает потери энергии, затраченные не на обогрев, а собственно на работу прибора. Скорее феноменальные утверждения о невероятно высоком КПД насоса Френетта отражают его эффективность, которая действительно впечатляет.
Затраты электроэнергии на работу прибора ничтожны, а вот количество полученного в результате тепла весьма ощутимы. Нагрев теплоносителя до таких же температур с помощью ТЭНа, например, потребовал бы значительно большего количества электроэнергии, возможно, в десятки раз больше. Бытовой обогреватель при таком расходе электричества даже не нагрелся бы.
Почему же такими приборами не оборудованы все подряд жилые и промышленные помещения? Причины могут быть разными. Все же вода — более простой и удобный теплоноситель, чем масло. Она не нагревается до таких высоких температур, и устранить последствия протечек воды проще, чем убрать разлитое масло.
Еще одна причина может быть в том, что к моменту изобретения насоса Френетта централизованная система отопления уже существовала и успешно функционировала. Ее демонтаж для замены на теплогенераторы обошелся бы слишком дорого и доставил бы массу неудобств, поэтому такой вариант никто всерьез даже не рассматривал. Как говорится, лучшее — враг хорошего.
Тепловой насос воздух вода: схемы, устройство и сооружение своими руками
В связи с регулярным повышением стоимости теплоносителей востребованными становятся альтернативные методы отопления. К примеру, практичный тепловой насос воздух-вода, использующий для обогрева энергию воздуха. Установка не требует дорогостоящих расходных материалов, удобна в эксплуатации, безопасна.
В связи с немалой ценой заводской сборки агрегата у многих возникает интерес к самостоятельному сооружению этой системы. Мы расскажем, что потребуется домашнему мастеру для устройства самодельного теплового насоса. У нас вы узнаете, какими техническими средствами следует запастись.
Виды тепловых насосов
Существуют два вида установок. В одном тепловая энергия атмосферного воздуха передается для нагрева жидкого теплоносителя в системе отопления и горячей воды для хозяйственных нужд. В другом случае нагревается непосредственно воздух внутри помещения, без возможности нагрева горячей воды, это принцип называется воздух-воздух.
Кроме атмосферных существуют геотермальные и гидротермальные тепловые насосы. В их работе тепло отбирается из пробуренной скважины или водоема. Однако дополнительные расходы, связанные с бурением, защитой от коррозии, обеспечением электробезопасности и заиливанием, существенно усложняют монтаж и увеличивают сумму капитальных затрат.
Системы тепловых насосов воздух-вода являются самым оптимальным вариантом по надежности, уровню комфорта и стоимости. При этом имеют большой эксплуатационный срок.
Выводы и полезное видео по теме
С принципом действия и устройством теплового насоса, перерабатывающего энергию ветра, ознакомит следующий ролик:
Порядок проведения контрольной опрессовки газопроводов
Самодельный тепловой насос системы воздух-вода является одним из эффективных и недорогих устройств для дополнительного обогрева жилья. Изготовить и установить эту систему сможет любой желающий.
Пишите, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке. Возможно, у вас есть интересные сведения и фото по теме статьи? Задавайте вопросы, делитесь собственным мнением и полезными для посетителей сайта советами.
Принцип работы насоса воздух-вода
Как уже было сказано, основным источником тепловой энергии для установок этого типа является атмосферный воздух.
В принципиальной основе работы воздушных насосов лежит физическое свойство жидкостей к поглощению и отдаче тепла во время фазового перехода из жидкого состояния в газообразное, и обратно.
В результате смены состояния выделяется температура. Система работает по принципу холодильника наоборот.
Для эффективного использования этих свойств жидкости легкокипящий хладагент (фреон, хладон) циркулирует по замкнутому контуру в конструкцию которого входят:
- компрессор с электроприводом;
- обдуваемый вентилятором испаритель;
- дроссельный (расширительный) клапан;
- пластинчатый теплообменник;
- медные или металлопластиковые циркуляционные трубки, соединяющие основные элементы схемы.
Движение хладагента по контуру осуществляется благодаря давлению, развиваемому компрессором. Для снижения тепловых потерь трубы покрываются теплоизоляционным слоем из искусственного каучука или вспененного полиэтилена с защитным металлизированным покрытием. В качестве хладагента используют хладон или фреон, способный закипать при отрицательной температуре и не замерзающий до -40°C.
Весь процесс работы состоит из следующих последовательных циклов:
- В радиаторе испарителя находится жидкий хладагент, температура которого ниже, чем у наружного воздуха. Во время активного обдува радиатора тепловая энергия от низко потенциального воздуха передается хладону, который закипает и переходит в газообразное состояние. При этом его температура повышается.
- Подогретый газ поступает в компрессор, где в процессе сжатия еще более нагревается.
- В сжатом и разогретом состоянии пары хладагента подаются в пластинчатый теплообменник, где по второму контуру циркулирует теплоноситель системы отопления. Поскольку температура теплоносителя значительно ниже, чем у разогретого газа, фреон активно конденсируется на пластинах теплообменника, отдавая тепло в систему отопления.
- Охлажденная парожидкостная смесь поступает на дроссельный клапан, который пропускает к испарителю только охлажденный жидкий хладагент с низким давлением. После чего весь цикл повторяется.
Для увеличения эффективности теплоотдачи трубки на испарителя навито спиральное оребрение. Расчет системы отопления, выбор циркуляционных насосов и другого оборудования должен учитывать гидравлическое сопротивление и коэффициент теплопередачи пластинчатого теплообменника установки.
Выбор типа теплового насоса
Основным показателем этой системы обогрева является мощность. От мощности в первую очередь будут зависеть и финансовые затраты на покупку оборудования и выбор того либо иного источника низкотемпературного тепла. Чем выше мощность тепловой насосной системы, тем больше стоимость комплектующих элементов.
В первую очередь имеется в виду мощность компрессора, глубина скважин для геотермических зондов, либо площадь для размещения горизонтального коллектора. Правильные термодинамические расчеты являются своеобразной гарантией того, что система будет эффективно работать.
При наличии рядом с личным участком водоема наиболее рентабельным и производительным выбором станет тепловой насос вода-вода
Для начала следует изучить участок, который планируется для монтажа насоса. Идеальным условием будет наличие на этом участке водоема. Использование варианта типа вода-вода значительно сократит объем земляных работ.
Использование тепла земли напротив предполагает большое количество работ, связанных с выемкой грунта. Системы, которые в качестве низкопотенциального тепла используют водную среду, считаются наиболее эффективными.
Устройство теплового насоса, извлекающего тепловую энергию из грунта, предполагает проведение внушительного количества земляных работ. Закладывается коллектор ниже уровня сезонного промерзания
Использовать тепловую энергию грунта можно двумя способами. Первый предполагает бурение скважин диаметром 100-168 мм. Глубина таких скважин, в зависимости от параметров системы, может достигать 100 м и более.
В эти скважины помещают специальные зонды. При втором способе используется коллектор из труб. Такой коллектор размещается под землей в горизонтальной плоскости. Для этого варианта необходимо достаточно большая площадь.
Для укладки коллектора идеальными считаются участки с влажным грунтом. Естественно, бурение скважин обойдется дороже, нежели горизонтальное расположение коллектора. Однако не на каждом участке есть свободные площади. На один кВт мощности теплового насоса нужно от 30 до 50м² площади.
Сооружение для забора тепловой энергии одной глубокой скважиной может оказаться немногим дешевле рытья котлована
Но веский плюс заключается в существенной экономии места, что важно для владельцев небольших участков. В случае с наличием на участке высоко залегающего горизонта грунтовых вод, теплообменники можно устроить в двух расположенных на расстоянии около 15 м друг от дружки скважинах. В случае с наличием на участке высоко залегающего горизонта грунтовых вод, теплообменники можно устроить в двух расположенных на расстоянии около 15 м друг от дружки скважинах
В случае с наличием на участке высоко залегающего горизонта грунтовых вод, теплообменники можно устроить в двух расположенных на расстоянии около 15 м друг от дружки скважинах.
Отбор тепловой энергии в таких системах путем перекачивания грунтовой воды по замкнутому контуру, части которого расположены в скважинах. Такая система нуждается в установке фильтра и периодической чистке теплообменника.
Самая простая и дешевая схема теплового насоса основана на извлечении тепловой энергии из воздуха. Некогда она стала базой для устройства холодильников, позже согласно ее принципам разработаны были кондиционеры.
Самая простая тепловая насосная система получает энергию из воздушной массы. Летом она участвует в отоплении, зимой в кондиционировании. Минус системы в том, что в самостоятельном исполнении агрегат с недостаточной мощностью
Эффективность различных типов данного оборудования не одинакова. Наименьшими показателями обладают насосы, использующие воздушную среду. К тому же эти показатели напрямую зависят от погодных условий.
Грунтовые разновидности тепловых насосов имеют стабильные показатели. Коэффициент эффективности данных систем варьируется в пределах 2,8 -3,3. Наибольшей эффективность обладают системы вода-вода. Это связано, в первую очередь, со стабильностью температуры источника.
Надо заметить, что чем глубже расположен в водоеме коллектор насоса, тем стабильнее будет температура. Для получения мощности системы в 10КВт, необходимо около 300 метров трубопровода.
Основным параметром, характеризующим эффективность работы теплового насоса, считается его коэффициент преобразования. Чем выше коэффициент преобразования, тем эффективнее считается тепловой насос.
Коэффициент преобразования теплового насоса выражается через отношение показателей теплового потока и электрической мощности, затраченной на работу компрессора
Алгоритм изготовления своими руками
Правила изготовления агрегата:
- Определитесь с источником, от которого будет работать контур отопления. В областях с суровым климатом советуют использовать источники, расположенные под землей, в регионах с теплым климатом энергию можно получать из воздуха.
- Выполните расчет мощности агрегата. Она зависит от качества утепления дома. Если здание не обшито утеплителем, то рекомендуемая мощность прибора — 70 Вт/м 2 . Только такой агрегат создаст комфортный микроклимат внутри здания. Для домов, утепленных современным материалом, подойдет мощность в 45 Вт/м 2 . В здании, утепленном по специальной технологии, не используется мощный агрегат. Рекомендуют брать мощность в 25 Вт/м 2 . Если мощность увеличить, то внутри помещения будет слишком высокая температура.
- Подготовьте основное и дополнительное оборудование.
- Выполните монтаж узлов и сборку системы. После этого подключите ее к источнику.
В ремонте тоже пригодится:
- Дома сферы из пенопласта
- Телевизор самсунг не включается индикатор горит красным
- Устройство регулятора холостого хода
Перспектива применения геотермальных тепловых насосов
Поскольку работа теплового насоса для частного дома не сопровождается горением, то эта система абсолютно пожаробезопасна. Высокая экологичность, так как при функционировании системы исключены образование и выброс в атмосферу вредных веществ.
Уровень шума и вибрации не превышает тех, что производит обычный бытовой холодильник. Легкость обслуживания теплового насоса. Эксплуатация теплового насоса не сопряжена с большими расходами и окупается в течение 1,5–2 лет. Долговечность. Тепловой насос способен работать 25–30 лет и более. Несмотря на наличие серьезных плюсов, отопление домов с помощью теплового насоса в нашей стране – явление довольно редкое (для сравнения – в Швеции 70 % домов обогреваются таким способом), что объясняется тем, что первоначальная стоимость оборудования достаточно высокая (порядка 300 000–350 000 рублей), потребуются масштабные земляные работы, которые обойдутся не дешево. Кроме того, есть немало относительно недорогих видов топлива, которые могут быть применены для целей отопления жилых домов.
Тем не менее перспектива применения геотермальной системы вполне оптимистичная, тем более что есть реальная возможность нивелировать затраты.
Практика показывает, что примерно 1 месяц в году насос работает на полную мощность, в остальное время его нагрузка не превышает 70–80 % от максимальной. Поэтому можно купить менее мощный насос, который обеспечит потребности в тепле до конкретного температурного показателя, а когда температура достигнет расчетного значении, следует использовать второй теплогенератор, например, электронагреватель, котел, работающий на каком-либо виде топлива, гелиоколлектор. Но, чтобы рассчитать и правильно подобрать тепловой насос, необходимо привлечь специалиста, хотя сделать приблизительные расчеты можно и самостоятельно.
Для этого надо знать тепловую потребность дома (для старой постройки и некачественной теплоизоляцией составит 75 Вт/м, для нового дома с качественной теплоизоляцией – 50 Вт/м, для низкоэнергетического дома – всего 30 Вт/м) и умножить ее на общую площадь.
Отопление дома с помощью теплового насоса будет полноценным только тогда, когда теплоизоляция постройки обеспечена на высоком уровне, что минимизирует энергопотери.
И последнее замечание: монтировать тепловой насос можно либо перед закладкой фундамента, либо в процессе выполнения строительных работ.
Подробно об отоплении домов тепловыми насосами рассказывается в этом видео :
