Многие владельцы частных домов принимают решение о создании в своем жилище автономной системы отопления. Выполняя работы по её созданию, им приходится сталкиваться с целым рядом затруднений. Уже в самом начале они вынуждены решать вопрос, какой энергоноситель использовать в системе.

Если рядом с участком проходит магистральный газопровод, то в этом случае выбор очевиден. Чтобы провести газ в дом, достаточно подать документы на газификацию, и через некоторое время специалисты подключат жилище к природному газу. Однако в нашей стране, несмотря на высокие темпы газификации областей и районов, немало людей не имеют возможности провести газ в свой частный дом. Поэтому им приходится пользоваться газом в баллонах.

Что же делать в такой ситуации? Использовать для обогрева обычную печь, работающую на дровах и угле - хлопотное занятие. А если установить оборудование, работающее за счет электрической энергии, то это обойдется довольно дорого, хотя в этом случае и будет в меньшем количестве поступать холодный воздух. Однако есть новые решения , которые недавно появились на рынке. Установка оборудования, которое при работе использует альтернативные источники энергии – это возможность обеспечить тепло в жилище при минимальных затратах. В случае с подобным вариантом обогрева тепло получают из земли, воды и воздуха.

Оно дает возможность извлекать тепло из земли, воды и воздуха.

Одно из новых решений, которое доступно на рынке – система отопления, предусматривающая в качестве главного рабочего элемента тепловой насос. Необязательно покупать это оборудование, если вы решили использовать его в составе своей системы отопления. Своими руками вполне возможно изготовить такой насос. Главное - иметь желание.

Система отопления, основанная на тепловом насосе, включается в свой состав кроме этого оборудования еще и устройства для забора и распределение тепла. Если говорить о составе внутреннего контура такого насосного оборудования, то выделим следующие компоненты:

Заметим, что основные принципы работы этого оборудования были разработаны еще два столетия назад и известны как цикл Карно . Работа теплового насоса осуществляется следующим образом:

• В качестве теплоносителя используется незамерзающая жидкость, которая подается в коллектор. Незамерзайка может представлять собой:
  • воду, разведенную со спиртом;
  • соляной раствор;
  • гликолевую смесь.
  • Эти вещества обладают способностью поглощать тепловую энергию и транспортировать ее к насосу.
• Оказавшись в испарителе, тепло направляется к хладагенту. Это вещество отличается низкой температурой кипения. Под воздействием тепловой энергии хладагент вскипает. В результате образуется пар.
• Работающий компрессор поднимает давление пара, из-за чего происходит рост температуры воздуха.
• Передача тепла от воды системе отопления осуществляется через другой элемент - конденсатор. Хладагент с целью выжима дополнительного тепла еще раз охлаждается, превращается в жидкость, а затем отправляется в коллектор.
• Далее этот процесс повторяется по такому же циклу.

Если говорить простыми словами, то тепловой насос представляет собой оборудование, которое работает почти по такому же принципу, что и холодильник, только наоборот. Если взять обычный холодильник, то в нем хладагент, движущийся по контуру, получает тепло от продуктов питания, размещаемых на хранение. В конце цикла он выводит его на заднюю стенку. То же самое тепло используется и в случае с тепловым насосом, только оно применяется для подогрева теплоносителя, благодаря которому обеспечивается нагрев воздуха .

Система отопления на основе теплового насоса, конечно же, потребляет электрическую энергию. Но, заметим, что ее количество, требуемое для работы, неизмеримо меньше, чем для обычного электрического котла. Так, расходуя 1 кВт электрической энергии, котел, нагревающий воду, производит 5 кВт тепловой энергии.

Расходы, которые возникают при приобретении этого оборудования и при работах по монтажу теплового насоса , достаточно высокие. Они больше, чем затраты при установке нагревательного котла, работающего за счет электрической энергии. Здесь у каждого, кто задумался о создании своей автономной системы отопления в доме, может возникнуть вопрос: выгодно ли устраивать такую систему? По этому поводу можно сказать следующее: если система устанавливается в дом площадью 100 квадратных метров, то дополнительные затраты, понесенные на установку оборудования, окупятся в течение 2 лет. Дальше владелец жилища будет только экономить на отоплении.

Система отопления на основе теплового насоса имеет одно важное преимущество: она может не только обогревать помещение, но и охлаждать воздух, то есть, работать как кондиционер. Поэтому в летнее время, чтобы избавиться от ненужного тепла в помещениях дома, можно включить специальный режим работы теплового насоса.

Как выполнить расчет оборудования?

При расчете мощности теплового насоса в первую очередь необходимо ориентироваться на уровень теплопотерь в своем жилище. Естественно, перед тем как устраивать в жилище такую систему отопления, необходимо провести работы по теплоизоляции дома. Утеплить следует не только стены и пол, но и крышу и окна.

Оптимально, если такая система отопления закладывается еще на стадии проектирования здания . Это позволит создать систему отопления, которая обеспечивает наиболее эффективный обогрев помещений строения в зимний период.

Практический опыт показывает, что лучший вариант отопительной системы на основе теплового насоса - водяной теплый пол. При его устройстве во внимание необходимо принимать тип напольного покрытия. Керамическая плитка является идеальным материалом для оформления напольного пола. А вот ковры, ламинат и паркет обладают низкой теплопроводностью, Поэтому при использовании подобной системы температура воды должна быть выше 8 градусов.

Как сделать тепловой насос своими руками?

Достаточно высокой является стоимость теплового насоса, даже если не учитывать оплату услуг специалиста, который будет производить его монтаж. Не все имеют достаточные финансовые возможности , чтобы сразу оплатить установку такого оборудования. В этой связи многие начинают задаваться вопросом, а можно ли сделать тепловой насос своими руками из подручных материалов? Это вполне возможно. К тому же при работах можно использовать не новые, а б/у запчасти.

Итак, если вы решили создать тепловой насос своими руками, то прежде чем приступать к работам, необходимо:

• проверить состояние проводки в вашем доме;
• убедиться в работоспособности электросчетчика и проверить, чтобы мощность этого прибора была не менее 40 ампер.

Первым делом необходимо приобрести компрессор . Купить его можно в специализированных компаниях или обратившись в мастерскую по ремонту холодильного оборудования. Там вы можете приобрести компрессор от кондиционера. Для создания теплового насоса он вполне подойдет. Далее его необходимо закрепить на стене, используя кронштейны L-300.

Теперь можно переходить к следующему этапу - изготовлению конденсатора. Для этого необходимо найти бак из нержавейки для воды объемом до 120 литров. Он разрезается пополам, а внутри него устанавливают змеевик. Изготовить его можно своими руками, используя для этого медную трубку от холодильника. Или же можно создать его из медной трубы небольшого диаметра.

Чтобы не испытывать проблем с изготовлением змеевика, необходимо взять обычный газовый баллон и намотать на него медную проволоку . Во время этой работы необходимо обращать внимание на расстояние между витками, которое должно быть одинаковым. Чтобы трубка была зафиксирована в таком положении, следует воспользоваться алюминиевым уголком с перфорацией, который применяют для защиты углов шпаклевки. Используя витки, трубки следует расположить так, что витки проволоки находились напротив отверстий в уголке. Это позволит обеспечить одинаковый шаг витков, а помимо этого конструкция будет достаточно прочной.

Когда змеевик установлен, две половинки подготовленного бака соединяют при помощи сварки. При этом нужно позаботиться об вваривании резьбовых соединений.

Для создания испарителя можно использовать пластмассовые емкости для воды общим объемом 60 – 80 литров. В неё монтируется змеевик из трубы диаметром ¾ дюйма. Обычные водопроводные трубы можно использовать для доставки и слива воды.

На стене при помощи L-кронштейна нужного размера выполняется закрепление испарителя .

Когда все работы завершены, остается только пригласить специалиста по холодильному оборудованию. Он соберет систему, выполнит сварку медных трубок и закачает фреон.

Монтаж теплового насоса своими руками

Теперь, когда основная часть системы готова, остается выполнить её подсоединение к устройствам забора и распределения тепла. Эта работа может быть выполнена самостоятельно. В этом нет ничего сложного. Процесс установки устройства забора тепла может быть разным и во многом зависит от типа насоса, который будет использоваться в составе системы отопления.

Вертикальный насос типа грунт вода

Здесь тоже потребуются определенные затраты, поскольку при установке такого насоса без использования буровой установки просто не обойтись. Все работы начинаются с создания скважины, глубина которой должна составлять 50-150 метров . Далее опускается геотермальный зонд, после чего выполняется его подключение к насосу.

Горизонтальный насос типа грунт вода

Когда устанавливается такой насос, то необходимо использовать коллектор, образованный системой труб. Его следует расположить ниже уровня промерзания почвы. От климатической зоны во многом зависит точность, глубина размещения коллектора. Сначала убирается слой почвы. Потом укладываются трубы, а далее осуществляется их засыпка землей.

Можно воспользоваться и другим способом - прокладка отдельных труб для воды в заранее выкопанной траншее. Решив воспользоваться им, сначала необходимо вырыть траншеи, у которых глубина должна быть ниже уровня промерзания.

Заключение

Если для вас использование для обогрева жилища электрического котла - дорогое удовольствие, то вы можете сделать выбор в пользу системы отопления на основе теплового насоса. Чтобы сэкономить, можно сделать тепловой насос самостоятельно. Его конструкция проста . Вам лишь нужно выделить немного своего времени на проведение этой работы и приобретение необходимых деталей и компонентов. Сделав его, вы получите систему отопления, которая позволит создать теплую атмосферу с минимальными затратами.

Как рассчитать расходы на отопление загородного дома?

Расчеты производятся на основе таких параметров:

Первый параметр – расходы на эксплуатацию. Для определения этих расходов стоит учитывать стоимость топлива, которое будет использоваться с целью получения тепла. В этот пункт также входят расходы на обслуживание. Наиболее выгодным по этому параметру будет отопление, энергоносителем которого будет подведенный магистральный газ. Следующим по эффективности стоит ТЕПЛОВОЙ НАСОС.

Вторым параметром можно выделить затраты на закупку оборудования и его установку. Наиболее выгодным и экономичным на этапе закупки и установки будет приобретение электрического котла. Максимальные затраты ожидают, если вы решитесь на приобретение котлов, где энергоносителями являются сжиженный газ в газгольдерах или дизельное топливо. Здесь тоже оптимальным является ТЕПЛОВОЙ НАСОС.

Третьим параметром стоит считать удобство при использовании отопительного оборудования. Твердотопливные котлы в данном случае можно отметить как самые требовательные к вниманию. Они требуют вашего присутствия и догрузки топлива, в то время как электрические и работающие от подведенного магистрального газа работают самостоятельно. Потому газовые и электрические котлы самые комфортные в использовании при отоплении загородных домов. И тут ТЕПЛОВОЙ НАСОС имеет преимущество. Климат контроль -вот самые комфортные характеристики тепловых насосов.

На сегодняшний день в московской области сложилась следующая ценовая ситуация... Подключение газа к частным домам стоит около 600тыс рублей. Также требуется проектные работы и соответствующие согласования, которые порой растягиваются на годы и тоже стоят денег. Прибавьте сюда стоимость оборудования и сравнительно небольшой срок его износа (из-за чего газовики и предлагают более мощные газовые котлы, чтобы износ -выгорание котла происходил подольше). Отопление же на тепловых насосах уже сопоставимо с вышеназванной ценой, но не требует никаких согласований. Тепловой насос -это обычный электрический бытовой прибор, который расходует в 4 раза меньше электричества, чем обычный электрический котел и к тому же является также устройством климат контроля, т.е кондиционером. Моторесурс современных тепловых насосов, а тем более качественных (премиум класс), позволяет им работать более 20 лет.

Приведем примеры расчета тепловых насосов для различных типов и размеров домов.

Для начала необходимо определиться с теплопотерями Вашего строения в зависимости от региона расположения. Читайте далее в "Полная новость"

Прежде всего, необходимо определиться с мощностью теплового насоса или котла, так как это одна из решающих технических характеристик. Она выбирается исходя из величины теплопотерь здания. Расчет теплового баланса дома, учитывающий особенности его конструкции должен производиться специалистом, однако для приблизительной оценки этого параметра, если домостроение спроектировано с учетом строительных нормативов, можно воспользоваться следующей формулой:
Q = k V ΔT
1 кВт/ч = 860 ккал/ч
Где
Q - теплопотери, (ккал/ч)
V - объем помещения (длинна × ширина × высота), м3;
ΔT - максимальный перепад между температурой воздуха с наружи и внутри помещения в зимнее время, °С;
k - обобщенный коэффициент теплопередачи здания;
k = 3…4 - здание из досок;
k = 2…3 - стенки из кирпича в один слой;
k min-max = 1…2 - стандартная кладка (кирпич в два слоя);

k = 0,6…1 - хорошо утепленное здание;

Пример расчета мощности газового котла для Вашего дома:

Для здания объемом V = 10м × 10м × 3м = 300 м3;

Теплопотери кирпичного здания (k max= 2) составят:
Q = 2 ×300 × 50 = 30000 ккал/час = 30000 / 860 = 35 кВт
Это и будет необходимая минимальная мощность котла, рассчитанная по максимуму...

Обычно выбирается 1,5 кратный запас мощности, однако, следует учитывать такие факторы, как постоянно работающая вентиляция помещения, открытые форточки и двери, большая площадь остекления и т.д. Если планируется использовать двухконтурный котел (обогрев помещения и подача горячей воды), то его мощность должна быть еще увеличена на 10 - 40%. Добавка зависит от величины расхода горячей воды.

Пример расчета мощности теплового насоса для Вашего дома:

При ΔT = (Твн - Тнар) = 20 - (-30) = 50°С;
Теплопотери кирпичного здания (k min= 1) составят:
Q = 1 ×300 × 50 = 15000 ккал/час = 30000 / 860 = 17 кВт
Это и будет необходимая минимальная мощность котла, рассчитанная по минимуму, так как в тепловом насосе нет выгорания и ресурс зависит от его моторесурса и циклования в течении дня...Чтобы уменьшить количество циклов включения/выключения теплового насоса применяют баки теплоаккумуляторы.

Так вот: Вам надо, чтобы тепловой насос тактовал 3-5 раз за час.
т.е. 17 кВт /ы час -3 такта

Понадобиться буфферная ёмкость - 3 такта - 30 л/кВт; 5 тактов - 20 л/кВт.

17 кВт*30л=500л аккумулирующая ёмкость!!! Расчеты примерные, вот здесь большой аккумулятор это хорошо, но на практике ставят 200 литров.

Теперь рассчитаем стоимость теплового насоса и его монтажа для Вашего дома:

Объемом здания тот-же V = 10м × 10м × 3м = 300 м3;
Примерная мощность нами рассчитана -17кВт. У разных производителей различная линейка мощностей, поэтому подберите тепловой насос по качеству и стоимость вместе с нашими консультантами. Например у Waterkotte это тепловой насос 18кВт, а можно поставить и 15кВт, так как при недостаточности мощности есть пиковый доводчик на 6кВт в каждом тепловом насосе. Пиковый догрев происходит сравнительно не долго и поэтому переплачивать за тепловой насос нет необходимости. Следовательно можете выбрать и 15 кВт, так как краткосрочно 15+6=21кВт - это выше Ваших потребностей в тепле.

Остановимся на 18кВт. Стоимость теплового насоса уточняйте у консультантов, так как сегодня условия доставки "мягко говоря" не предсказуемы. Поэтому на сайте представлен заводской .

Если Вы находитесь в южных регионах, то теплопотери Вашего дома исходя из вышеперечисленных расчетов будут меньше, так как ΔT = (Твн - Тнар) = 20 - (-10) = 30°С. а то и ΔT = (Твн - Тнар) = 20 - (-0) = 20°С. Тепловой насос можете выбрать меньшей мощности и к тому же по принципу работы "воздух-вода". Наши воздушные тепловые насосы работают эффективно до -25 градусов и соответственно не потребуются буровые работы.

В средней же полосе России и в Сибири гораздо эффективнее геотермальные тепловые насосы, работающие по принципу "вода-вода".

Буровые работы для геотермального поля будут стоить по разному, в зависимости от региона. В московской области расчет стоимости следующий:

Берем мощность нашего теплового насоса -18кВт. Электрическое потребление такого геотермального теплового насоса примерно 18/4=4,5 кВт/час из розетки. У Waterkotte и того меньше (эта характеристика называется СОР. У тепловых насосов Waterkotte COP равен 5 и более). По закону сохранения мощности электрическая мощность передается в систему, преобразуясь в тепловую.. Недостающую мощность мы получаем из геотермального источника, т.е из зондов, которые необходимо пробурить. 18-4,5 = 13,5кВт из Земли например (так как источником в этом случае может быть и горизонтальный коллектор, и пруд и т.д).

Теплоотдача грунтов в различных местах, даже в московской области -различная. В среднем от 30 до 60Вт на 1 м.п., в зависимости от влажности грунта.

13,5кВт или 13500Вт делим на теплоотдачу. в среднем это 50Вт поэтому 13500/50=270 метров. Буровые работы стоят в среднем 1200руб/м.п. Получаем 270*1200=324000руб. под ключ с вводом в теплопункт.

Стоимость теплового насосы эконом класса =6-7тыс долларов. т.е. 180-200тыс рублей

Стоимость ВСЕГО 324тыс+180тыс=504тыс рублей

Прибавьте стоимость монтажа и стоимость теплоаакумулятора и получите немного более 600тыс рублей, что сопоставимо со стоимость подвода магистрального газа. Что и требовалось доказать.

Геотермальный тепловой насос – самый экономичный способ обогрева и кондиционирования здания. Стоимость теплового насоса высока, но по мере увеличения спроса продолжает снижаться. Такая система идеальна для устройства теплого пола или нагрева радиаторов, рассчитанных на пониженную температуру теплоносителя. При ее проектировании главное – выбрать оптимальную мощность. В прошлой статье мы рассматривали самостоятельную сборку теплового насоса, однако для большинства более важной будет информация о том, как выбрать тепловой насос, сколько он стоит и что нужно учитывать?

Расчет мощности теплового насоса

Выбирая оборудование, необходимо учитывать теплопотери дома. Но это не всегда возможно либо очень дорого, а приобретение теплового насоса с большим запасом мощности сильно бьет по карману. Поэтому необходимо иметь резервный источник тепла на случай сильных морозов (например, дровяной котел). Это позволит выбирать тепловой насос с мощностью на треть меньше необходимой для компенсации потерь тепла при самой холодной погоде. Это оборудование может работать в любом из трех режимов: моноэлектрическом , моновалентном и бивалентном . Выбор режима зависит от уровня потребления.

Как рассчитать потребление тепла в зависимости от площади

Необходимо принять меры по утеплению здания и снижению теплопотерь до 40-80 Вт/м². Тогда для дальнейшего расчета примем следующие данные.

1. Дом без теплоизоляции для обогрева требует 120 Вт/м².
2. То же для строения с нормальной теплоизоляцией – 80 Вт/м².
3. Новостройка с хорошей теплоизоляцией – около 50 Вт/м².
4. Дом с энергосберегающими технологиями – 40 Вт/м².
5. С пассивным потреблением энергии – 10 Вт/м².

Приведем примерный расчет теплового насоса, с помощью которого можно определить, как выбрать тепловой насос. Предположим, общая площадь всех отапливаемых помещений дома – 180 м². Теплоизоляция – хорошая и потребление тепла находится на уровне около 9 кВт. Тогда потери тепла составят: 180 × 50 = 9000 Вт. Временное отключение электроэнергии учитывается как 3 × 2 = 6 часов, но 2 часа не будем учитывать, так как здание инертно. Получаем окончательную цифру: 9000 Вт × 24 часа = 216 кВт час. Затем 216 кВт час / (18 час + 2 час) = 10, 8 кВт.
Таким образом, для обогрева данного дома необходим монтаж теплового насоса 10,8 кВт мощности. Чтобы упростить расчет, к значению потерь тепла нужно прибавить 20% (то есть 9000 Вт увеличить на 20%). Но здесь не учитываются расходы на нагрев воды для удовлетворения бытовых нужд.

Учет расхода энергии на подогрев воды

Для определения полной мощности насоса прибавим потребление энергии на подогрев воды (до t = 45 ˚С) из расчета 50л в сутки на человека. Таким образом, для четырех человек это будет равным 0,35 × 4 = 1,4 кВт. Отсюда полная мощность: 10,8 кВт + 1,4 кВт = 12,4 кВт.

Зависимость мощности от режима работы

Расчет теплового наноса должен выполняться с учетом режима работы.

1. Моновалентный режим предполагает использование данного оборудования без вспомогательного (в качестве единственного). Для определения суммарной тепловой нагрузки следует учесть расходы на компенсацию аварийного отключения электроэнергии (максимум – на 2 часа по 3 раза в сутки).
2. Моноэнергетический режим: при нем используется второй теплогенератор, для работы которого используется тот же вид энергии (электричество). Его подключают к системе при необходимости повысить температуру теплоносителя. Это может выполняться автоматически (монтаж теплового насоса предусматривает также установку контролирующих температуру датчиков и управляющего оборудования) или вручную. Но даже в условиях суровых зим холодных дней не так уж много и дополнительный теплогенератор приходится активировать не часто. Но такая организация отопления позволяет экономить на оборудовании: на 30% менее мощный теплонасос дешевле, но его будет достаточно для обеспечения теплом в течение 90% отопительного периода.
3. При бивалентном режиме тепловому насосу помогает газовый котел или работающий на жидком топливе. Управляет процессом процессор, получающий информацию от температурных датчиков. Такое оборудование может устанавливаться в качестве дополнительного (во время реконструкции здания) к уже имеющемуся.

Обзор рынка тепловых насосов

Сегодня на рынке представлено различное оборудование такого типа. Стоит отметить геотермальные тепловые насосы австрийской компании OCHSNER : они совершенствуются производителем уже 35 лет. Хорошо зарекомендовала себя торговая марка Waterkotte : котлы с наружным покрытием этой марки имеют наибольшую производительность. Среди российского оборудования можно выделить производящееся под торговой маркой « HENK ».
Чтобы было легче представить предстоящие расходы, укажем стоимость основного оборудования и работ по его монтажу.

1. Тепловой насос с земляным зондом:

• буровые работы – 6 тысяч евро;
• цена теплового насоса – 6 тысяч евро;
• расходы электроэнергии (за год) – 400 евро.

2. С горизонтальным коллектором:

• стоимость непосредственно насоса – около 6 тысяч евро;
• буровые работы потребуют 3 тысячи евро;
• расходы на оплату электроэнергии – 450 евро за отопительный период.

3. Тепловой насос воздушного типа:

• цена насоса – 8 тысяч евро;
• монтажные работы – 500 евро;
• электроэнергия – 600 евро.

4. Насос типа «вода-вода»:

• насос можно приобрести за 6 тысяч евро;
• бурение скважин – 4 тысячи евро;
• расходы на электроэнергию (за год) – 360 евро.

Это приблизительные данные для оборудования мощностью порядка 6 – 8 кВт. В конечном итоге все зависит от многих факторов (от расценок на монтаж, от глубины бурения, от насоса необходимой мощности и т.п.) и расходы могут увеличиться в несколько раз. Но выбирая отопление с помощью теплового насоса, заказчик получает возможность получить независимость от растущих цен на традиционные теплоносители и отказаться от услуг теплоэнергетических предприятий.

Обзор использования системы на базе теплового насоса можно посмотреть на этом видео

Использование низкопотенциального тепла окружающей среды для подогрева воды и отопления становится экономически выгодным при длительном использовании системы. Преградой широкому распространению подобных устройств является высокая начальная стоимость оборудования и его установки. Поэтому всегда актуален полный или частичный монтаж теплового насоса своими руками, позволяющий сэкономить значительные средства.

Рис. 1 Тепловой насос вода-вода в доме

При создании тепловых насосов для отопления используется природное низкопотенциальное тепло воздушных масс, почвы и воды. Водяные виды поглощают тепловую энергию из скважин, колодцев, прудов и других открытых водоемов. Тепловой насос работает подобно холодильнику, который забирает тепло из холодильной камеры и выводит его наружу через внешний радиатор.

При монтаже первичный теплообменник с циркулирующим теплоносителем помещают в емкость с водой, из которой забирается тепло. Вода всасывается водяной помпой, проходит по системе труб и далее поступает в испаритель — в устройстве при нагреве жидкости происходит ее испарение. В испарителе теплоноситель передает тепло фреону, для которого небольшая положительная температура 6 — 8 С является точкой кипения, и газообразный хладагент поступает в компрессор.

Рис.2.Схема теплового насоса вода-вода

Там происходит его сжатие, приводящее к повышению температуры газа, и дальнейшая подача в конденсатор. В конденсаторе тепловая энергия от газа с температурой 40 — 70 С передается воде в системе отопления, охлажденный газ конденсируется и попадает в редукционный клапан (дроссель). Его давление понижается — это приводит к большему охлаждению газа до жидкообразного состояния, в котором он снова подается в испаритель. Система работает в круговом замкнутом циклическом режиме.

Расчет теплового насоса

Для конструкции системы своими руками в первую очередь необходимо выполнить расчет с учетом потребностей в тепловой энергии (насосы могут дополнительно использоваться для обеспечения горячего водоснабжения дома) и возможных потерь. Алгоритм расчета состоит из следующих операций.

1. Вычисляется площадь отапливаемого помещения.
2. Основываясь на полученных значениях определяется общее количество энергии, необходимой для отопления исходя из расчета 70 — 100 ватт на квадратный метр. Параметр зависит от высоты потолков, материала изготовления и степени теплопроводности дома.
3. При обеспечении горячего водоснабжения полученное значение увеличивают на 15 — 20 %.
4. Исходя из полученной мощности выбирается компрессор, производится расчет и проектирование основных узлов системы: трубопроводной магистрали, испарителя, конденсатора, электрической помпы и других узлов.

Комплектующие для системы отопления с тепловым насосом при самостоятельном изготовлении

Обычному домовладельцу довольно сложно конкурировать с промышленными тепловыми насосами отечественного и зарубежного производителя, тем не менее его монтаж и изготовление отдельных узлов не являются невыполнимыми работами. Основной задачей при устройстве теплового насоса остается правильность расчетов, ведь при ошибке система может иметь низкий КПД и стать неэффективной.

Компрессор

Для монтажа понадобится новый или б.у. компрессор в рабочем состоянии с невыработанным ресурсом подходящей мощности. Обычная мощность компрессора должна составлять 20 — 30% от расчетной, можно использовать стандартные заводские агрегаты для холодильников или кондиционеров спирального принципа действия, обладающие более высоким КПД по сравнению с поршневыми устройствами.

Испаритель и конденсатор

Для охлаждения и нагрева жидкостей их обычно пропускают через медные трубы, помещенные в емкость с теплообменником. Для увеличения площади охлаждения медная труба располагается в виде спирали, необходимая длина рассчитывается по формуле вычисления площади с делением на сечение. Объем теплообменного бака рассчитывается исходя из реализации эффективного теплообмена, обычное среднее значение — около 120 л. Для теплового насоса рационально использовать трубы для кондиционеров, которые изначально имеют спиральную форму и реализуются в бухтах.

Рис. З Медная труба и бак для теплообменника

Данный способ конструкции теплообменников многие изготовители тепловых насосов своими руками заменили на более компактный, используя теплообмен по принципу «труба в трубе». Стандартный диаметр пластиковой трубы для испарителя — 32 мм., в нее помещается медная труба диаметром 19 мм., испаритель термоизолируется, общая длина теплообменника около 10 — 12 м. Для конденсатора можно использовать 25 мм. металлопластиковую трубу и 12,7 мм. медную.

Рис 4. Сборка и внешний вид теплообменника из медных и пластиковых труб

Для увеличения площади и эффективности работы теплообменника некоторые умельцы скручивают косу из нескольких медных труб малого диаметра, перекладывают их тонкой проволокой и помещают конструкцию в пластик. Это позволяет получить на 10-метровом отрезке площадь теплообмена около 1 кубического метра.

Терморегулирующий вентиль

Правильно подобранное устройство регулирует степень заполнения испарителя и в большой степени отвечает за производительность всей системы. К примеру, если поступление хладагента слишком велико, он не успеет полностью испариться, и в компрессор будут попадать капли жидкости, приводящие к нарушению его работы и понижению температуры газа на выходе. Слишком малое количество фреона в испарителе после увеличения температуры в компрессоре будет недостаточно для прогрева необходимого объема воды.

Рис. 5 Основное оборудование для теплонасоса

Датчики

Для удобства пользования, контроля работы, обнаружения неисправностей и настройки системы необходимо наличие встроенных температурных датчиков. Информация важна на всех этапах функционирования системы, только с ее помощью по формулам можно установить важнейший параметр смонтированного оборудования для водяных тепловых насосов — показатель эффективности СОР.

Насосное оборудование

При работе тепловых насосов забор и подача воды из скважины, колодца или открытого водоема происходит при помощи водяных помп. Могут использоваться погружные или поверхностные виды, обычно их мощность невелика, для подачи воды достаточно 100 — 200 Вт. Для контроля работы, защиты насосов и системы дополнительно монтируются фильтры, манометр, водяные счетчики и простейшая автоматика.

Рис. 6 Внешний вид собранного своими руками теплонасоса

Сборка теплового насосного оборудования своими руками не представляет больших трудностей при умении обращаться со специальным инструментом для сварки и пайки меди. Выполненная работа поможет сэкономить значительные средства – затраты на комплектующие составят около 600 у. е., покупка промышленного оборудования обойдется в 10 раз дороже (около 6000 у. е.). Собранная своими руками конструкция при правильном расчете и настройке имеет эффективность (СОР) около 4, что соответствует промышленным образцам.

Тепловая мощность теплового насоса воздух-вода (ТН), иначе – количество извлекаемого из окружающей среды возобновляемого тепла, прямо пропорционально температуре наружного воздуха. Чем холоднее воздух, тем затратнее извлечение из него тепла. Коэффициент преобразования COP меняется в зависимости от температур внешней среды: чем ниже температура «за бортом», тем больше энергии потребляет воздушный тепловой насос.

Определение мощности и выбор теплового насоса – дело достаточно сложное. Обычно реальные цифры и диаграммы производительности поставляются заводами – производителями тепловых насосов, как и специальное программное обеспечение для расчета и подбора оборудования. Здесь вводятся данные для конкретного объекта, расположенного в конкретном температурном регионе.

Тепловой насос: тепловая мощность для обогрева и ГВС

Разберем, от каких факторов зависит мощность ТН и, соответственно, стоимость блоков ТН, а также эффективность его работы.

Радиаторы или теплые полы

Система отопления с тепловым насосом обычно реализуется на базе радиаторной разводки и/или системы с теплыми полами, стенами или с системой фанкойлов. При этом температура нагрева теплоносителя отличается от 35-45 °C – для теплых полов, до 65-75 °C и выше – для системы радиаторов, что сказывается на величине мощности ТН. Чем ниже температура теплоносителя в системе отопления, тем меньше расход электроэнергии, меньше тепловая мощность, дешевле оборудование. Для модернизации систем отопления с радиаторами при замене затратных газовых котлов могут устанавливаться высокотемпературные воздушные теплонасосы с нагревом теплоносителя до 80 °C. Например – тепловые насосы Hitachi YUTAKI S 80. Даже при условии нагрева теплоносителя до 65 и выше градусов, такая система в несколько раз экономнее газового котла.

Схема реализации: только ТН, ТН + резервный котел

ТН. Если работает только тепловой насос, он должен полностью решать задачи по теплоснабжению и нагреву воды, в пиковые моменты подключая встроенный электрический нагреватель.

ТН+котел. Если ранее установлен газовый или пеллетный котел, он может взять на себя часть пиковых нагрузок и уменьшить общие энергозатраты теплового насоса.

Существуют различные схемы работы ТН, подбираемые для каждого объекта индивидуально: моноэнергетическая (только на электричестве), моновалентная (ТН+ТЭН) или бивалентная (ТН+котел). Оптимальная температура, экономически выгодная для перехода на резервный источник тепла, называется «точкой бивалентности». Для г. Киева и региона – это -7 °C.

Теплоизоляция здания

Подбирая тепловой насос для отопления дома, следует знать, что для более утепленного дома потребуется в разы меньше тепла, чем для строения без проведения работ по термомодернизации. Значения теплопотерь (удельных тепловых нагрузок) для различных типов зданий приведены в таблице.

Отсюда видно, что для возмещения теплопотерь помещения в 100 м2 в хорошо утепленном доме потребуется:

Q Н = 50 Вт/м2 х 100 м2 = 5000 Вт или 5 кВт тепловой мощности.

Расчетные значения теплопотерь приводятся исходя из расчетной минимальной температуры, к примеру, для Киевского региона это -22 °C.

Соответственно, для плохо утепленного дома получим:

Q Н = 200 Вт/м2 х 100 м2 = 20 000 Вт или 20 кВт тепловой мощности.

Такая разница: 5 кВт и 20 кВт, заставляет предпринять шаги для проведения термомодернизации (утепления) здания, а после этого выбрать более доступный по цене и экономный по затратам тепловой насос.

Тепловые насосы для отопления и нагрева воды (ГВС)

При выборе теплового насоса для частного дома обычно учитывают и работу ТН на нагрев воды для кухни, ванной или душевых. При этом учитывают суточное распределение нагрузок. Чаще пользуются горячей водой вечером или утром, а в зимнее время к этим нагрузкам присоединяется и работа ТН на отопление. Обычно у теплонасосных систем более приоритетными являются задачи горячего водоснабжения, а потом отопления, расчет ведут исходя из суммарных тепловых нагрузок: на отопление и ГВС.

Для определения тепловой мощности ТН для нагрева воды для бытовых нужд пользуются нормативными данными по потреблению воды определенной температуры и суммарному теплопотреблению, исходя из количества людей, проживающих в доме.

Для одного человека примем норму в 50 литров воды с температурой 45 °C, что соответствует норме потребления 0,25 кВт тепловой мощности.

Получаем, что для семьи из четырех человек, проживающих в частном доме 100 м2, необходима тепловая мощность:

Q W = 0,25 кВт/чел * 4 чел. = 1,0 кВт

Теперь можно провести усредненный расчет тепловой мощности с учетом суммарных нагрузок на нагрев теплоносителя для системы отопления и нагрев воды для бытовых нужд.

Суммарная тепловая мощность на обогрев и ГВС для качественно утепленного дома:

Q СУМ = Q Н + Q W = 5 кВт+ 1 кВт = 6 кВт.

Суммарная тепловая мощность для системы отопления и ГВС для плохо утепленного дома:

Q СУМ = Q Н + Q W = 20 кВт+ 1 кВт = 21 кВт.

А для условий «точки бивалентности», когда на улице -7 °C, и необходимо поддержать +20 °C внутри дома 100 м2, потребуется с учетом разницы температур:

Q расч.. = 6 * (20-(-7))/(20-(-22)) = 6 * 27 / 42 = 3,86 кВт тепла от теплового насоса.

И во втором примере, — для здания без теплоизоляции, необходимо:

Q расч.. = 21 * (20-(-7))/(20-(-22)) = 21 * 27 / 42 = 13,5 кВт тепла от теплового насоса.

Исходя из этих данных, с учетом температуры «точки бивалентности» и с запасом по мощности, из модельного ряда выбирают близкое большее значение тепловой мощности теплового насоса.

Что учитывает запас по мощности?

• Перепады температуры входящей воды. Всем известно, что водопроводная вода зимой намного холоднее и перепад температур входящей / выходящей из ТН воды зимой больше.
• Необходимость догрева воды до нужной температуры в баке – накопителе, если она из него долго не используется.
• Увеличенный расход горячей воды и ее нагрев до более высокой температуры зимой.

По таблицам, предлагаемым производителем, исходя из температуры воды на выходе и температуры воздуха снаружи, по мощности подбирается комплект внутреннего блока и соответствующего ему наружного блока теплового насоса. Пример – таблица технических данных для высокоэффективных тепловых насосов воздух-вода серии Hitachi Yutaki S. Для полученных расчетных данных подойдет модель с производительностью по теплу около 5,0 кВт.

Отчего зависит стоимость теплового насоса?

Чем мощнее тепловой насос, тем выше его цена.
Как снизить стоимость теплового насоса?

• Правильно и квалифицированно выполнить расчеты и подбор оборудования.
• Утеплить здание.
• Минимизировать теплопотери через окна и вентиляцию.
• Установить низкотемпературные теплые полы или фанкойлы или смешанную систему (радиаторы + теплые полы, фанкойлы + теплые полы).
• Применить бивалентную схему ТН + котел для снижения нагрузки на ТН.
• Принять участие в программе IQ energy и сэкономить до 35 % стоимости оборудования и монтажа.

Более точный подбор теплового насоса, чтобы избежать лишних затрат или убытков, лучше доверить профессионалам.

Чтобы правильно подобрать тепловой насос, цены на который и на услуги монтажа были бы разумными и оправданными, обращайтесь к компетентным опытным специалистам компании АКЛИМА. Мы имеем огромный опыт внедрения современных теплонасосных систем и предлагаем качественные услуги по монтажу и сервису такого оборудования по всей Украине.