Тепловые насосы: конструкция, принцип действия, установка, обслуживание

Тепловые насосы становятся все популярнее, ведь их коэффициент полезного действия увеличивается, а стоимость снижается. При этом технология все еще остается новой, и если европейским производителям можно просто доверять, то наших монтажников нелишне и проверять.

Мировой, да и украинский опыт использования тепловых насосов (TH) говорит о том, что они — реальная экологическая альтернатива обычным котлам. Говорит опыт и о том, что неправильные расчет и подход к монтажу могут просто сгубить всю операцию — система будет работать неправильно и недолго.

Бурить? Копать? Топить?

Основной критерий для классификации ТН - комбинация источника и конечного потребителя тепла в системе. В зависимости от этого ТН бывают следующих видов: «вода-вода», «вода-воздух», «грунт-вода», «грунт-воздух», «воздух-вода» и «воздух-воздух». То есть ТН берут тепло из воды, грунта, воздуха и передают его отопительной системе с водным или воздушным теплоносителем.

Вода. Насосы могут брать тепло из прилегающего озера или из грунтовых вод. В первом случае трубопровод для получения тепла оснащают грузиками и укладывают на дно (главное, чтобы вода полностью не промерзала). Один метр трубопровода обеспечивает порядка 30 Вт тепловой мощности, то есть для получения 10 кВт нужно уложить около 300 м труб.

Если водоема нет, можно выкопать пару колодцев для добычи грунтовой воды. Из одного погружным насосом свежая вода будет выкачиваться и подаваться в теплообменник ТН, в другой колодец будет сливаться отработанная. Благодаря постоянной температуре в 8-10 °С, грунтовые воды обеспечивают наилучшую теплоотдачу. Но такой системе нужны фильфы и насос, которые требуют чистки и обслуживания.

Земля. Значительно большее распросфанение получили геотермальные ТН, использующие энергию грунта. При этом применяют два варианта теплообменника (или внешнего контура устройства). В первом случае это коллектор, то есть змеевик из полиэтиленовых труб, уложенных под землей на глубине порядка 1-1,5 м. Тепловая мощность 1 м трубы составляет около 15-20 Вт. Учитывая минимальное расстояние между трубопроводами (0,8 м), для обеспечения дома ю кВт тепловой мощности нужно проложить 350-450 м труб, что займет площадь примерно в 400 м2.

Во втором случае те же трубы опускают в глубокую скважину в виде зонда. Чем больше диаметр труб, тем лучше осуществляется отбор тепла, однако одновременно с этим увеличивается и стоимость системы. В среднем 1 м трубы в скважине обеспечивает 20-25 Вт тепловой мощности. Соответственно, чтобы получить ю кВт, нужна одна скважина на 150 м или три по 50 м.

Тепловые насосы

Статистика продаж свидетельствует о популярности именно второго варианта, и это вполне объяснимо: для коллектора требуется наличие свободного участка, площадь которого должна быть не меньше отапливаемой, причем всю эту территорию нельзя ни застраивать, ни засаживать деревьями. Да и стабильность температуры грунта в этом случае оставляет желать лучшего — даже ниже температуры промерзания колебания в зимний период вполне возможны.

Воздух. Тепловой насос, использующий энергию воздуха (или аэротермальный), напоминает кондиционер. Здесь также есть два блока, причем внешний можно расположить не только на стене или крыше дома, но и в отдалении на участке. Производители допускают протяженность теплотрасс между блоками до 50 м. Внутренний блок устанавливают в топочной или другом хозяйственном помещении, хотя поскольку он издает минимальный уровень шума, его можно поставить даже рядом со спальней. Воздушные ТН выигрывают у геотермальных в вопросе стоимости, причем дешевле обходится не только оборудование, но и его установка, так как нет надобности в дорогостоящих земляных работах и многометровых трубах грунтовых теплообменников. Более того, устанавливать такой ТН могут не только специализированные фирмы, но и конторы, занимающиеся монтажом кондиционеров.

Раньше воздушный ТН эффективно работал лишь при температуре окружающего воздуха не ниже -3 - -8 °С. Теперь теплопроизводительность современных моделей снижается только при наружной температуре -15 °С, но и до -25 °С остается достаточной для обеспечения обогрева.

Кому доверить монтаж?

Поскольку система довольно сложная и многокомпонентная, для обеспечения дома отоплением и горячей водой нужно задействовать сразу несколько разноплановых специалистов:

  1. Теплотехники рассчитывают потери здания и его потребность в тепле, комплексно прорабатывают всю систему отопления, составляют проект, контролируют монтаж ТН от трубопроводов сбора тепла до установки внутреннего блока и батарей.
  2. Бурильщики изучают особенности местных грунтов, готовят проект скважины и обустраивают ее: бурят, укладывают трубопровод, заполняют буровое отверстие. Они же занимаются прокладкой дополнительных подземных коммуникаций. Для горизонтальных трубопроводов используют экскаваторы. Чтобы уложить трубопровод в водоем, привлекают и водолазов.
  3. Электрики отвечают за проводку, заземление, аккумуляторные батареи, устройства защитного отключения и прочую автоматику.
  4. Сантехники разводят по дому трубопроводы, монтируют радиаторы и теплый пол, подключают гидроаккумулятор, бойлер, защитную автоматику, фильтры.

Оптимальным вариантом будет сотрудничество с подрядчиком, который сможет выполнить весь перечень услуг. Но искать нужно не «мастера на все руки», а большую организацию, которая имеет отделы разного профиля. Конечно же, основным профилем такой фирмы должны быть ТН. В обязательном порядке следует проверить у подрядчика документацию, подтверждающую его компетентность, — официальные сертификаты от производителя.

Формирование внешнего контура

В обустройстве внешнего контура для сбора тепла есть несколько наиболее важных аспектов. Поочередно разберемся в каждом из них.

  1. При укладке стоит обращать внимание на форму трубопроводов. В обязательном порядке нужно учитывать критическое расстояние между соседними витками. Конечно же, длина труб должна соответствовать паспортным расчетам.
  2. Трубопроводы можно наращивать посредством резьбовых соединений, но лучше не экономить и отдать предпочтение более надежным электросварным муфтам. У последних куда меньший риск разгерметизации, которая может привести к серьезным и даже фатальным проблемам.
  3. В случае с земляными ТН важно уделить внимание морозоустойчивости конструкции и стабильности теплопередачи между трубопроводом и грунтом. Эти характеристики во многом зависят от уплотняющего материала, который используют для заделки свободного пространства шахты. Лучше, чтобы этот материал был стоек к температуре в -10 °С, так как температура циркулирующего вещества может опускаться до -5 - -8 °С.
  4. Почти весь внешний трубопровод расположен в зоне с температурой, которая не меняется на протяжении года. Места от выхода трубы до ввода в дом требуют отдельного утепления. Соединение проводят специальными муфтами.
  5. В некоторых случаях разные петли трубопровода объединяют в специальных уличных приямках. Данная конструкция представляет собой колодец со стенками из полиэтилена высокого давления и интегрированную в него инженерную «начинку» — систему коллекторов и управляющую автоматику. Благодаря такому решению, в дом вводят лишь две трубы — для подачи и отвода теплоносителя. Кроме того, данный подход удобен на этапе монтажа и тестирования работы ТН.

Читайте также:

Обустройство котельной

Первоначальное требование к месту под ТН, да и ко всем сопутствующим коммуникациям, — все они должны быть максимально доступны для визуального осмотра, обслуживания, ремонта. Кроме того, существует ряд особенностей, которые должны быть учтены:

  • чистота места установки и отсутствие лишних конструкций;
  • хорошая приточно-вытяжная вентиляция, лучше принудительная;
  • надежный фундамент. Возможно, существующий потребует усиления;
  • пониженная вибрация (благодаря накладкам на ножки ТН);
  • дренаж с расчетом на возможное затопление. Пол обустраивают под небольшим наклоном.

Тепловые насосы

Прокладка электрической сети

В большинстве случаев ТН требуется трехфазный электрический привод, однако некоторые модели могут использовать напряжение 220 V.

Работа любого ТН в той или иной мере зависит от электрической сети. Компрессор, ТЭН, насосное оборудование, автоматика...

Все эти системы нужно заземлить и защитить устройством защитного отключения. На мощное оборудование от электрощита выводят отдельный контур. Наиболее «нежную» автоматику подключают через фильтр и аккумуляторную батарею. Сечение кабелей должно строго соответствовать требованиям аппаратуры.

Выдача тепла

Тепловой насос подает теплоноситель с пониженной температурой (до +65 °С). А наиболее эффективна работа ТН при подаче тепла с температурой +45 °С. В связи с этим отопление должно быть также низкотемпературным. Можно устанавливать привычные радиаторы, но не секционные, а панельные, к тому же увеличенной площади и с развитой температурной поверхностью.

Но лучше всего доверить обогрев напольному водяному отоплению. Теплый пол дает возможность рационально использовать потенциал ТН, поскольку требуемая температура воды составляет около +35 °С. При этом обеспечивается максимально удобный и комфортный подогрев помещений. Воздушное отопление для ТН выполняют в виде напольных фанкойлов.

Сантехническая составляющая

Трубы фиксируют к стене с помощью хомутов. Прорезиненные прокладки используются для того, чтобы предотвратить повреждение изоляции при обжиме или предотвратить коррозию в случае соединения двух разных металлов, например, меди (трубопровод) и оцинкованной стали (хомут).

При необходимости для минимизации вибрации используют вибровставки, но зачастую ТН не вибрирует настолько сильно. Все соединения труб с насосом должны быть разборными через резьбовые соединения. Для разводки отопления по дому удобно использовать полипропиленовые трубы, которые доступны, долговечны и просты в монтаже (соединятся пайкой). Перед началом работ все трубы проверяют на наличие механических повреждений, выдувают грязь и сор из них. Для соединения используют специальные фитинги и запорную арматуру соответствующего диаметра. Чтобы снизить тепловые потери, трубы и фитинги изолируют. При прокладке трубопроводов стоит избегать колен с углом 90°.

Чтобы предотвратить обратный ток воды, при остановке водного насоса на выходе горячей воды ставят невозвратный клапан. Другой клапан — сливной - используют в нижней части системы для слива воды при консервации или обслуживании.
Когда все подключения проведены, можно переходить к испытанию давления. Если оно выше 5 кгс/см2, придется применять редуктор давления и уменьшать данное значение до 3 кгс/см2.

 



Яндекс.Метрика