Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия

В условиях приближающегося энергетического кризиса и растущих цен на топливо человечеству приходится искать новые источники тепла, которое можно использовать для обогрева зданий. Среди них особое место занимают альтернативные источники энергии, которые являются неисчерпаемыми и теоретически не причиняют никакого вреда окружающей среде, в отличие от сжигания органического топлива.

Новые технологии могут использоваться и в частных домохозяйствах: один из видов альтернативного отопления в доме - тепловые насосы. Что это такое, как они работают, и насколько эффективными они будут в российских условиях?

Общий принцип работы теплового насоса

Принцип работы теплового насоса

Тепловой насос для отопления дома, по сути, представляет собой «холодильник наоборот». Если бытовая холодильная установка забирает тепло из морозильной камеры, в результате чего достигается охлаждение, то тепловой насос, напротив, забирает тепло из окружающей среды и использует его для отопления дома. В качестве источника тепла может использоваться грунт, прогретый солнцем за лето, геотермальные источники, грунтовые воды, а также атмосферный воздух.

Как альтернативное отопление частного дома тепловой насос имеет несколько преимуществ:

  • Это многофункциональное устройство, которое обеспечивает дом теплом, а также играет роль пассивного кондиционера и создаёт экономичную вентиляцию. Для работы устройству требуется минимум энергии, и затраты будут во много раз ниже, чем на полностью электрический обогрев.
  • Это не только система отопления: тепловой насос может использоваться для обогрева воды в бойлере, поэтому дом будет обеспечен всеми необходимыми современному человеку удобствами.
  • Система совершенно пожаробезопасна: нет отопительного котла, нет горения, не придётся обустраивать дымоход и следить за его исправностью. Устройство не шумит, поэтому оно не создаёт для жильцов никаких неудобств. Кроме того, его практически не требуется контролировать.
  • Компактные размеры и приятный дизайн. Сам тепловой насос займёт в доме очень мало места: его можно повесить на стену в любом помещении. Для него не требуется оборудовать котельную, нет необходимости соблюдать сложные требования пожарной безопасности.

Откуда тепловой насос берёт тепло

Самый сложный вопрос – откуда можно получить достаточное количество тепла в суровых российских условиях. Тепловые насосы пока получили широкое распространение в европейских странах с более мягким климатом, однако и в России они используются. Системы продолжают совершенствоваться, а сейчас для обогрева могут использоваться несколько источников тепла. Рассмотрим основные системы:

    Геотермальная система обогрева

  1. Использование геотермального обогрева. Планета Земля – постепенно остывающий сгусток раскалённого вещества, и слой земной коры является очень тонким, по сравнению со слоем кипящей магмы. Уже на глубине в 50 метров температура начинает повышаться, и это тепло может использовать тепловой насос.
  2. Такой вид оборудования намного удобнее использовать в местах, где есть геотермальные источники и вулканические разломы, однако он вполне применим и на других территориях. Придётся только проделывать более глубокие скважины, и энергии будет собираться меньше. Основной минус – большие затраты на установку коллектора: придётся бурить глубокие скважины и устанавливать оборудование. Однако такая система является наиболее эффективной и выгодной после установки.

  3. Горизонтальный коллектор в грунте. Такой тепловой насос для отопления дома своими руками делается намного проще, коллектор укладывается в грунт в горизонтальном направлении на глубине около метра.
  4. Грунт имеет стабильную температуру, и остывать он будет очень медленно, постепенно передавая тепло теплоносителю, идущему по коллектору. Чем он больше, тем более эффективной будет система. Есть и минус: коллектор нельзя располагать на своем участке, так как грунт возле него всегда будет холодным, и это негативно скажется на корнях растений.

    Горизонтальный коллектор в грунте

  5. Использование тепла грунтовых вод. Вода – максимально теплоёмкий носитель, и с помощью скважины можно получать достаточно мощный обогрев.
  6. Использовать такую схему можно при высоком уровне грунтовых вод на участке или при наличии достаточно глубокого водоёма возле дома. Желательно, чтобы он был проточным, тогда коллектор будет более эффективным.

  7. Получение тепла из атмосферного воздуха. Эта система стоит недорого и обустраивается быстро, но она больше подходит для регионов с тёплым климатом.
  8. Она позволяет получать тепло атмосферного воздуха и нагревать с его помощью воду, есть также системы, работающие по типу «воздух-воздух». Рабочая температура – до -15 градусов, поэтому из-за суровых российских зим в северных районах коллектор такого типа будет бесполезным.

Использование тепла грунтовых вод и атмосферного воздуха

Подходящий вариант выбирается в зависимости от климатических условий в регионе и финансовых возможностей. Самым доступным источником тепла станет вода или воздух, но иногда из-за климата их использование невозможно.

Грунтовый коллектор можно построить практически где угодно, но для него возле дома должно быть достаточное количество места. Преимущество всех систем в их высокой энергоэффективности: на каждый использованный кДж энергии система вырабатывает минимум 3 кДж тепла.

Как построить такую систему своими руками

Отопление тепловым насосом своими руками будет не так уж сложно оборудовать. Оно не обязательно должно быть основным: с его помощью можно, например, смонтировать систему тёплого пола, а остальное количество тепла, необходимое для полноценного обогрева, будет получаться от электрического или газового котла. Тепловой насос также можно использовать только для горячего водоснабжения дома или только для отопления.

Система отопления тепловым насосом может быть куплена в готовом виде: самостоятельно смонтировать такое устройство сложно. А вот установку вполне можно провести своими руками, это позволит значительно уменьшить стоимость системы. Однако можно попробовать смонтировать коллектор из обычных материалов, и при правильной сборке он будет не менее эффективным.

Рассмотрим подробнее, как смонтировать на собственном участке тепловой насос, забирающий тепло из грунта. Если пока на территории нет никаких насаждений, можно обустраивать тепловой коллектор. Для этого проводятся земляные работы: на глубине 1 метра необходимо уложить в землю тонкостенную пластиковую трубу (диаметр – 40 мм).

Её длина зависит от площади дома: в среднем это 5 метров трубопрововода на 1 квадрат площади. Соответственно на дом площадью 100 квадратных метров потребуется 500 м трубы. Уложить их не так сложно, как может показаться: чтобы сократить занимаемую площадь, трубы нужно укладывать змейкой.

Важно! Трубы коллектора не должны располагаться ближе 2,5-3 метров к стенам здания, иначе фундамент будет постоянно промерзать, и в доме будет холоднее.

Монтаж теплового насоса

Трубы подключаются к тепловому насосу, и в них заливается теплоноситель. Обычно для этой цели используется тосол или антифриз. Оптимальным решением является жидкость на основе этиленгликоля – она не перемерзает и обеспечит максимальную работоспособность системы.

В доме прокладывается тепловой пол: система труб помещается на черновую поверхность, закрывается гидроизоляцией, цементно-песчаной стяжкой и чистовым покрытием. Не рекомендуется использовать с тепловым насосом обычные батареи отопления: чтобы обогрев был эффективным, по площади они должны быть в несколько раз больше обычных.

В систему теплового пола также заливается этиленгликоль, она подключается к теплой стороне насоса. После этого конструкция готова к работе, и можно переходить к запуску и настройке. Полный монтаж тепловых насосов для отопления может занять всего несколько дней, это не слишком сложная работа.

Как функционирует система

Когда включается отопление, тепловой насос начинает собирать тепло, которое земля накапливает от солнца в течение всего лета. Грунт остывает крайне медленно, поэтому этиленгликоль будет собирать большое количество энергии, и температура теплого пола будет достигать 27 градусов.

Можно использовать несколько вариантов обогрева: часть тепла направляется на горячее водоснабжение жилья, а другая часть - в трубы теплого пола. В результате можно будет получить вполне эффективный обогрев.

Один из немногих минусов – тепловой насос не будет полностью энергонезависимым. Ему нужно электричество, поэтому перебои в работе электросетей могут остановить систему. Придётся постоянно контролировать исправность проводки и своевременно устранять любые неполадки в щитке.

Система отопления с тепловым насосом

Однако при всех возможных минусах тепловой насос можно по праву отнести к энергетике будущего. Со временем человечество найдёт способ отказаться от дорогостоящей добычи нефти и использования природного газа.

Тепло земных недр сейчас относят к неисчерпаемым источникам, и если человечество научится использовать их мощь в полную силу, можно будет забыть о вредных выбросах в атмосферу и загрязнении почвы. Сейчас смонтировать тепловой насос по силам почти каждому домовладельцу, и это хороший вариант для альтернативного отопления дома.

Требуется включить JavaScript или обновить плеер!

Оставьте комментарий!

Имя и профиль соцсети используются только при регистрации

Авторизация Войти через соцсети

(обязательно)