Как работает тепловой насос?

Принцип действия теплового насоса аналогичен работе холодильника, разница заключается лишь в том, что холодильник производит холод, а тепловой насос вырабатывает тепло. Тепловой насос состоит из четырех основных частей: компрессора, конденсатора, регулирующего клапана, испарителя. В испарителе хладагент (фреон) нагревается от тепла подводимого из внешнего источника (земли, воздуха, воды и т.д.)  закипает и испаряется. Получившийся после испарителя пар по трубопроводам попадает в компрессор, где он сжимается, нагреваясь при этом до  30-70 град с. После компрессора пар попадает в конденсатор, где он отдает свое тепло в систему отопления при этом из газообразного состояния переходя в жидкое. Далее жидкий фреон проходит через регулирующий клапан, давление после клапана падает и фреон вновь оказывается в испарителе, где он полностью превращается в пар и охлаждается до минусовых температур. Таким образом цикл замкнулся.

Принцип работы теплового насоса

Источником энергии из которого тепловой насос черпает тепло может быть грунт, озеро, воздух, вообще любой источник тепла с положительной температурой, доступной в зимнее время года. Внешний контур, собирающий тепло из окружающей среды представляет собой обычно полимерные трубопроводы по которым циркулирует незамерзающая жидкость (пропиленгликоль, этиленгликоль и т.д.).

Из грунта тепло можно получить либо из скважин либо из грунтового коллектора. В первом варианте трубопровод в виде U-образной трубы опускается в скважину и забирает из нее тепло. Не обязательно делать одну глубокую скважину, иногда проще сделать несколько более мелких скважин, главное получить общую расчетную длину зонда. Разумеется необходимо делать поправки на характеристики грунтов, через которые проходит зонд, но для предварительных расчетов можно использовать следующее соотношение: на 1 метр скважины приходится 50-60 вт. тепловой энергии.  Таким образом для установки теплового насоса производительностью 10 кВт. понадобится пробурить порядка 200 м. скважин.

При использовании в качестве источника тепла участка земли, трубопровод зарывается в грунт ниже точки промерзания. Предпочтительно использовать участок с влажным грунтом, идеально с близкими грунтовыми водами.  Однако и сухой грунт не является помехой к устройству грунтового коллектора, а лишь вызывает увеличение длины трубопроводов и соответственно охвата  большего объема грунта. Теплопроводность грунта может колеблется в достаточно широких пределах от 0,5 Вт/(м*К)  до 3 Вт/(м*К) и более .  Нижнее значение относится к сухим пескам, а верхнее к влажным грунтам.  В среднем для предварительного расчета можно принять, что 1 м. пог. трубопровода даст нам приход 10-15 Вт тепла.  При правильном расчете наличие грунтового коллектора не оказывает влияния на садовые насаждения и участок может использоваться для выращивания культур.

Еще одним способом получения тепла из земли является использование грунтовых вод. В этом случае необходимо иметь 2 скважины, подающую и приемную, из первой получают воду с помощью погружного скважинного насоса, а во вторую сбрасывают  охлажденную воду, прошедшую через тепловой насос. В этом варианте главное, чтобы подающая скважина давала нам соответствующий дебет, необходимый для работы теплового насоса, а приемная скважина смогла принять такое количество воды. Для примера можно сказать, что для установки теплового насоса мощностью 10 кВт потребуется скважина с дебетом порядка 2 м куб.

Если возможностей для прокладки коммуникаций и устройства скважин нет, то источником тепла для теплового насоса может стать воздух. Современные тепловые насосы способны извлекать тепло из окружающего воздуха даже до температуры -25 град. С. Конечно эффективность работы при такой температуре будет не так велика, но с другой стороны по статистике, температуры ниже -20 град. С. держатся в нашем регионе не так долго. И тогда на этот период возможно будет задействовать какой-то резервный генератор тепла.