Содержание:
Тепловые насосы со встроенным ТЭНом
Нередко производители встраивают в свои тепловые насосы дополнительные электрические нагреватели. Встроенный ТЭН позволяет в случае необходимости перейти на альтернативный с точки зрения теплового насоса источник энергии – электричество. Для чего это нужно? В каких случаях возникает потребность задействовать ТЭН?
Подбор теплового насоса для отопления дома осуществляется с учетом различных параметров, в том числе и климатических особенностей региона. При этом считается нецелесообразным устанавливать насос с избыточной мощностью. Дело в том, что экстремально холодные дни случаются не так уж и часто, по крайней мере, в центрально-европейской части России. Практика показывает, что более экономичным вариантом будет «добрать» в эти морозные периоды необходимую мощность электричеством, чем изначально устанавливать более мощный насос. Наличие ТЭНа исключает необходимость делать систему более мощной, чем это требуется большую часть отопительного сезона.
Для владельцев водяных и грунтовых тепловых насосов встроенный ТЭН – скорее излишество, чем необходимость. Совсем иначе выглядит ситуация с воздушными теплонасосами. При температуре воздуха –20°C и ниже такой насос, если и не отключится, будет малоэффективен. И пусть холодных дней и ночей в году не очень много, совсем не хочется в один прекрасный момент остаться в стремительно вымерзающем доме. Наличие дублирующего теплогенератора в данном случае никак не назовешь роскошью.
Воздушный тепловой насос.
Отопление тепловым насосом воздух воздух.
Тепловой насос воздух воздух: принцип работы
Принцип действия данной системы основан на следующем физическом явлении: среда в жидком состоянии, испаряясь, понижает температуру поверхности, откуда происходит её рассеивание.
Для наглядности кратко рассмотрим схему работы морозильной камеры холодильника. Фреон, циркулирующий по трубкам холодильника, забирает тепло из холодильника и сам при этом нагревается. В последствие собранное им тепло передаётся во внешнюю среду (то есть в помещение в котором расположен холодильник). Затем хладагент, сжимаясь в компрессоре, снова остывает и круговорот продолжается. Воздушный тепловой насос работает по тому же принципу — забирает тепло из уличного воздуха и обогревает дом.
Конструкция агрегата состоит из следующих частей:
- Внешний блок насоса представляют компрессор, испаритель с вентилятором и расширительный клапан.
- Теплоизолированные медные трубки служат для циркуляции фреона
- Конденсатор, с расположенным на нём вентилятором. Служит для рассеивания уже нагретого воздуха по площади помещений.
Отопление тепловым насосом воздух воздух
При работе воздушного теплового насоса при обогреве дома в определённом порядке происходят следующие процессы:
- Посредством вентилятора воздух с улицы втягивается в устройство и проходит через внешний испаритель. Фреон, совершающий круговорот в системе, собирает всю энергию тепла из уличного воздуха. В следствие этого из жидкого состояния он переходит в газообразное.
- В дальнейшем газообразный фреон сжимается в конденсаторе и переходит во внутренний блок.
- Затем газ переходит в жидкое состояние, при этом отдавая накопленное тепло воздуху комнаты. Этот процесс происходит в конденсаторе расположенном в помещении.
- Переизбыток давления уходит через расширительный клапан, а фреон в жидком состоянии уходит на новый круг.
Фреон постоянно будет забирать тепловую энергию из уличного воздуха, так как его температура всегда будет меньше. Исключением является тот случай, когда на улице сильные морозы. В таких условиях эффективность теплового насоса будет уменьшаться.
Из минусов воздушной системы стоит упомянуть:
В целом приборы класса воздух-воздух идеально подойдут для обогрева деревянных домов, у которых, вследствие особенности материала, снижены естественные потери тепла.
Перед выбором воздушного насоса стоит выяснить следующие ключевые моменты:
- Показатель теплоизоляции помещений.
- Квадратуру всех комнат
- Число людей, живущих в частном доме
- Условия климата
Разновидности тепловых насосов
Чтобы принцип работы теплового насоса был успешным, следует провести расчет соотношения объема источника «энергии» к объему носителя.
Если с объемом носителя все понятно, то со вторым параметром следует разобраться детальнее.
Источниками «энергии», трансформируемой в тепло, для такого насоса являются вода, воздух или грунт. Все они содержат низкотемпературное тепло, благодаря которому может осуществляться принцип работы прибора.
Температурный диапазон работы качественных и мощных тепловых насосов колеблется в пределах от минус тридцати пяти до плюс тридцати пяти градусов Цельсия.
Эти показатели в обязательном порядке следует брать в расчет при покупке оборудования, так как в слишком суровом климате оно может не работать или работать с критически малой мощностью.
Тепловые насосы делят на:
- геотермальные;
- воздушные;
- промышленные.
Источниками получения тепла для геотермальных насосов является грунт и вода. Приборы могут работать в следующих вариациях: вода – вода, вода – земля, воздух – вода, воздух – земля.
Воздушные теплогенераторы работают по принципу воздух – воздух и вода – воздух.
Видео:
Так называемые «промышленные» насосы питаются теплом, продуцированным промышленными приборами, поэтому они не используются для создания комфортной атмосферы в частных домах.
Встретить их можно только на территории заводов или предприятий, специализирующихся на изготовлении различных товаров.
Беря в расчет непригодность промышленных насосов к отоплению жилых помещений, следует сделать вывод, что для их обогрева можно использовать только геотермальные или воздушные приборы.
Большей эффективностью обладают те тепловые насосы, «энергией» для которых служит тепло, которое содержат грунт или вода.
Воздух является менее мощным «топливом» для таких приборов. Воздушные тепловые насосы демонстрируют эффективность только в тех географических реалиях, в которых нет холодных, суровых зим.
Расчет средней стоимости тепловых насосов, их установки и создания условий, обеспечивающих их работу, должен проводиться заранее.
Средняя стоимость установки теплового насоса, включающая его приобретение, является крайне высокой.
Поэтому следует тщательно взвесить все «за» и «против», и подготовиться к тому, что установленная система начнет себя окупать только через длительное время.
Несмотря на большие денежные затраты, многие люди все-таки устанавливают эти приборы и пользуются ими в свое удовольствие.
Монтаж
Строительство камина может быть проведено своими руками, но для этого понадобится правильно составить проектную документацию и точно рассчитать количество стройматериала. Также необходимо определить тип обустраиваемого нагревателя и его предполагаемые размеры.
Стандартные камины пристраиваются к кирпичным стенам, устанавливаются в их глубине или монтируются отдельно. Топку дровяного агрегата нежелательно размещать напротив стены с окнами. Если их теплоизоляция не находится на достаточном уровне, это приведет к сквознякам и потерям энергии.
Подготовка
Перед началом кладки необходимо вычислить площадь помещения, в котором пройдет монтаж. Объем топочного отверстия не должен превышать пятидесятой части размера комнаты. Глубина топливной камеры и высота каминного портала соотносятся между собой как 1 к 2. Избыточная емкость топки приведет к снижению теплоотдачи, а малые размеры спровоцируют задымление.
Габариты дымового канала зависят от размеров печи и должны быть меньше ее в 10-15 раз. Оптимальный диаметр трубы составляет 10 сантиметров при длине в 4-5 метров.
Материал
Изготовление своими руками каминов с воздушным отоплением для эффективного обогрева помещений предполагает выбор качественных материалов. Для монтажа понадобятся:
- целые печные кирпичи;
- заранее промытый крупный песок;
- глина для отделки очага;
- портландцемент для заливки фундамента;
- щебень среднего размера;
- два десятка арматурных стержней диаметром 8 мм и длиной 70 см;
- дымовая заслонка подходящего размера.
Фундамент
Все виды каминов, которые можно сложить в домашних условиях, подразумевают предварительную заливку фундамента, который строится отдельно от основания здания. Его ширина равна лицевому цокольному ряду с добавлением пяти сантиметров запаса.
Перед заливкой понадобится вырыть яму с габаритами на 10-15 сантиметров шире фундамента дома и глубиной в 60 см. После засыпки щебня на днище и его утрамбовки проводится измерение горизонтальности основания.
Изготовив опалубочный ящик без дна, его нужно обшить изнутри рубероидом, прочно разместить на основание и залить цементно-песчаным раствором. Выровняв верхушку фундамента, ее накрывают пленкой и оставляют до полного засыхания.
Кладка кирпича
Следующим пунктом устройства дровяной печи является укладка отдельных кирпичей ребром на раствор. Геометрические размеры будущего камина при этом контролируются с помощью угольника. Все диагонали должны держать равенство, углы – быть четко вертикальными, а ряды – лежать в горизонтальной плоскости.
Укладка сплошных слоев ведется с помощью мастерка или любого подходящего строительного инструмента. Деревянные рейки, ограничивающие размеры будущего камина, удаляются после сооружения нескольких рядов плотно уложенного кирпича. В третьем слое также закладывается пара штырей, на которые позже наденут каминную решетку. Толщина боковых выступов портала составляет полкирпича, причем кладутся они сразу начисто.
Внутреннее обустройство
Поскольку устройство камина исключает необходимость внутреннего оштукатуривания, стенки дровяной камеры и дымосборника обтираются изнутри и тщательно очищаются от выступившего раствора. Дымосборники и своды с криволинейными поверхностями выкладываются с постепенным напуском кирпичей до шести сантиметров. Портальные отверстия перекрываются кирпичными перемычками, которые устанавливаются в отдельном порядке.
В процессе кладки дымовой трубы своими руками необходимо контролировать ее вертикальность, перейдя на цементно-песчаную смесь, как только монтаж переместится на крышу. Чтобы обеспечить лучшее теплоотражение, каминные стенки изнутри размещаются под углом. Боковые части при этом разворачиваются наружу, а задняя немного наклоняется вперед. Дымовая камера устраивается над топкой с размещением дополнительного карниза. Его устройство не дает искрам и саже вылетать наружу и надежно защищает комнату от проникновения дыма.
Преимущества теплового насоса
- Экономия.Высокий уровень КПД (в среднем он 500%) позволяет экономить на топливе и электроэнергии. При фактической затрате в 5 кВт, тепловой насос тратит всего 1кВт.
- Забота об окружающей среде. Устройство даёт возможность при помощи экологически чистого метода отопить помещение. Этим проявляется забота не только к природе, но и к самим людям, находящимся внутри дома. Ресурсы, которые использует человек в современном мире для отопления и кондиционирования не возобновляются, именно по этой причине установка теплового насоса важна для будущего поколения.
- Безопасность в использовании.Отсутствуют такие опасные моменты как: открытое пламя, выхлопы, запах солярки и многое другое. Полностью исключена утечка газа или разлив мазута. Не нужно пожароопасных хранилищ для топлива: уголь, дрова, солярка.
- Комфорт.
Работа производится в бесшумном состоянии. Присутствует контроль климата благодаря погодозависимой и мультизональной автоматике, создаёт уютную атмосферу во всех комнатах дома.
Особенности монтажа системы
Если расчеты выполнены на высоком профессиональном уровне, и проект системы воздушного отопления коттеджа составлен, можно выполнить монтаж самостоятельно.
Для этого понадобится:
- нагревательный прибор;
- воздуховоды;
- вентилятор;
- решетки;
- крепежные изделия;
- инструмент для работы с воздуховодами и т.п.
В качестве нагревателя обычно используют газовый генератор как самый экономически выгодный вариант. Воздуховоды могут иметь прямоугольное, квадратное, круглое или овальное сечение.
Обычно подходящие конструкции можно заказать на предприятии, которое изготавливает вентиляционные системы.
На схеме представлены элементы системы воздушного отопления, которые позволят выполнить монтаж воздуховодов в точном соответствии с проектной документацией
Обычно воздуховоды делают из оцинкованной стали, они достаточно легкие, чтобы не перегружать несущие конструкции дома, а также обладают повышенной устойчивостью к износу и коррозии. Для жестких воздуховодов понадобятся специальные элементы, обеспечивающие уклон на 45 или 90 градусов. А для гибких изделий такие элементы не нужны.
Воздуховоды также изготавливают из обычной стали, меди, пластика и других материалов. Существуют даже текстильные конструкции этого типа. В местах с повышенной влажностью рекомендуется использовать медные элементы, как более устойчивые для таких условий.
Конструкции из пластика относительно недороги, их можно использовать вдали от потенциальных очагов возгорания.
Воздуховоды закрепляют под потолком и полом, а также внутри стен. Если есть необходимость проложить воздуховод не внутри, а вдоль стены, его закрывают фальш-панелью. В потолке и полу на концах воздуховодов монтируют вентиляционные решетки.
Жесткие воздуховоды из оцинкованной стали очень надежные и долговечные. Для их успешного монтажа понадобятся колена с углом поворота 45 и 90 градусов
Воздушные массы, перемещаясь внутри конструкции, могут издавать определенный шум. Чтобы снизить это негативное влияние, рекомендуется скрыть воздуховоды под слоем шумоизоляции.
Обычно этот материал обладает также теплоизоляционными свойствами, что только увеличивает эффективность работы системы.
Чтобы конструкции воздушного отопления во время работы издавали как можно меньше шума, рекомендуется покрыть их слоем изолирующего материала
Стоит рассмотреть вариант приобретения воздуховодов, на которые уже нанесен такой изоляционный слой. Это позволит упростить и ускорить монтажные работы.
Если есть необходимость в установке вентилятора, или нескольких таких приборов, то его обычно включают в систему рядом с нагревателем. К вентилятору подводят электропитание, а также обеспечивают резервный источник электроэнергии.
В систему также включают один или несколько фильтров. Это могут быть фильтры механической очистки, которые препятствуют распространению частичек пыли. Наряду с этими устройствами рекомендуется установить и угольный фильтр, который поглощает различные запахи. Разумеется, фильтры нуждаются в периодической очистке и/или замене.
Часть воздуховода выводят на улицу, чтобы обеспечить приток свежего воздуха. Этот отрезок подводят к системе фильтров, а затем воздух подают на теплообменник нагревательного прибора. Если монтажные работы выполняются на этапе строительства дома, то их выполнение обычно больших трудностей не вызывает. Главное – хороший проект.
Для улучшения микроклимата в доме в систему воздушного отопления встраивают такие полезные элементы как увлажнитель воздуха, ионизатор, ультра-фиолетовый стерилизатор и т.п. Эти элементы не являются обязательными, но если средства позволяют, не стоит от них отказываться.
Еще одно полезное устройство – канальный кондиционер. Его также встраивают в систему воздуховодов. Это позволит использовать систему в теплое время года, чтобы охладить воздух в комнате.
Системы автоматического управления существенно улучшают работу воздушной системы отопления и позволяют сократить расходы на тепло, а также упрощают эксплуатацию оборудования
Завершающий этап – подключение системы автоматического управления. Понадобятся датчики температуры воздуха в комнатах и пульт управления с процессором, который будет обрабатывать поступившие данные и регулировать работу отопительного оборудования.
Характеристики и принцип действия
В упрощенном виде устройство насоса очень напоминает конструкцию кондиционера, только в большем масштабе. Она не требует наличия топливного котла. Суть работы – насос передает тепло от источника с небольшим зарядом энергии к теплоносителю, который отличается повышенной температурой.
В реальности работает система из полипропилена так:
- Теплоноситель транспортируется в трубу, спрятанную в почве или в другом месте, и температура его становится выше.
- Теплоноситель переносится в теплообменник и транспортирует энергию на контур.
- В наружном корпусе имеется хладагент – это материал с минимальной температурой кипения с маленьким давлением. В испарителе температура хладагента существенно поднимается и он преобразуется в газ.
- Газ циркулирует в компрессоре, и под влиянием повышенного давления он сжимается и нагревается.
- Горючий газ переносится в конденсатор, где энергия попадает к теплоносителю внутренней отопительной системы.
- В результате хладагент, чья температура снижается, попадает вновь внутрь в состоянии жидкости.
Холодильные конструкции работают по подобной схеме, поэтому некоторые типы систем летом можно смело эксплуатировать в роли кондиционеров.
Конструкция энергозависимых отопительных приборов имеет в себе 3 главных комплектующих:
- Компрессор. Предназначен для поднятия температуры паров и давления, которые образуются из-за кипения хладагента. Сегодня популярны спиральные компрессоры, которые могут эксплуатироваться при морозах. Элементы данного вида тихо работают, они отличаются компактностью и маленьким весом.
- Испаритель. В нем жидкий хладагент преобразуется в пар, после чего он транспортируется в сторону компрессора.
- Конденсатор. Применяется для отдачи энергии к контуру отопительного оборудования.
Для функционирования насоса нужно подключение к электросети, но производительность и мощность данного оборудования намного выше, чем электрообогревателя, а расходы электроэнергии меньше. Отопительный коэффициент зависит от типа оборудования.
Итоги
Современные тепловые насосы — это высокоэффективные устройства, которые легко обеспечивают 3-4 кВт тепла на один затраченный киловатт электроэнергии. Но стоимость самого оборудования и устройства первичного контура не многим по карману. Если же говорить о моделях воздух-воздух или воздух-вода, то хорошую эффективность они показывают при плюсовых температурах, с падением температуры их производительность сильно снижается (хотя последние линейки могут работать и до -40oC). Технология, несомненно, очень интересная и перспективная, но пока доступна немногим.
Возможно, вам интересна будет статья «Солнечное отопление: насколько эффективно?»
Дата: 25 сентября 2020
