Как выбрать тепловой насос?

Тепловой насос

• Тепловой насос: воздух-вода или геотермальный?
• Почему тепловой насос греет?
• Самая важная разница между воздушными и грунтовыми тепловыми насосами
• Как выбрать воздушный тепловой насос воздух/вода?
• Как выбрать геотермальный тепловой насос земля/вода?
• Температура нижнего источника
• Взаимосвязь между тепловым насосом и нижним/верхним источниками?
• КПД теплового насоса и коэффициент COP
• Как выбрать мощность теплового насоса?
• Охлаждение с помощью теплового насоса
• Как работает тепловой насос?
• Больше читайте в разделах Оборудование
• или  Telegram  канале 

Тепловые насосы становятся все более популярными. В течение нескольких лет на рынке доминировали насосы воздух-вода, но у грунтовых насосов (грунт-вода) также есть много преимуществ. Выбор между этими системами важен, потому что он определяет объем работ и характеристики всей отопительной установки.

Тепловой насос: воздух-вода или геотермальный?

Тепловые насосы - явление своеобразное - ни в одной другой группе отопительных приборов нет такого разнообразие предложений. Потому что, хотя общий принцип работы всегда один и тот же, они принципиально различаются по конструкции, мощности, эффективности и цене, а также требованиям к сборке. Что касается последнего пункта, то это не только особенности установки, которая должна быть произведена внутри здания, хотя вариации и в этом отношении тоже имею место быть. Основное - это требования к участку - его размер, способ застройки и объем необходимых работ.

В этом тексте мы рассмотрим насосы, работающие в двух наиболее распространенных системах, а именно:

• воздух, т.е. забирающий тепло от воздуха (обычно внешнего);
• земля (грунт), что на самом деле означает несколько совершенно разных решений, использующих тепло, хранящееся в земле (геотермальное).

Мы постараемся ответить на вопрос о ситуации, в которой каждая из этих систем работает лучше, чем конкурентная, когда будут выявлены ее слабые стороны. Зная это, прежде чем Вы решите купить конкретный тип насоса, Вы сможете сделать оптимальный выбор, учитывая особенности здания и участка, свои финансовые возможности и т. д. Естественно, некоторые другие критерии будут применяться к небольшим участкам, в отличии от участков, где у собственника есть несколько тысяч м.кв. для проведения работ. При этом, возможно, участок обустраивался годами и Вы бы предпочли не копать ухоженный с таким трудом сад, а возможно это просто заброшенный кусок площадки, по которому будет ездить экскаватор или работать бетономешалка. Чего-то одного мы можем ожидать от дома, где только-только построена отопительная установка, где все начинается с нуля и имеется свобода выбора, и совершенно другого от здания, в котором уже есть отопительная система и которую, вероятно, стоит использовать для взаимодействия с тепловым насосом.

Таких примеров можно привести множество, но даже этот пример показывает, что выбор конкретного теплового насоса должен производиться с учетом множества факторов, многие из которых (если не большинство) касаются не характеристик устройств, а застройки и участка, на которых они должны работать. Потому что в чем бы ни пытались нас убедить продавцы, идеального решения не существует. Если Вы слышите, что что-то лучше, Вы должны сразу же спросить, в чем именно и при каких условиях это лучше. Если пренебречь этим, может оказаться, что Вы потратили несколько тысяч долларов на технически действительно хороший насос, но плохо подходящий для Вашего дома. И Вам очень повезет, если он будет работать более-менее нормально, а не совсем неплохо. Это немного похоже на покупку спортивного автомобиля и попытку проехать на нем по грунтовым лесным тропам.

Однако, даже просто зная, в каких условиях хорошо работает данный тип насоса, эти знания также будут полезны тем, кто уже купил насос раньше. Потому что пользователи не всегда хорошо ориентируются, как с ним обращаться и какие рабочие параметры установить, чтобы максимально использовать возможности данного устройства.

Почему тепловой насос греет?

Тепловой насос - очень странное отопительное устройство. В первую очередь потому что на самом деле он не производит тепла. Как это ни парадоксально звучит, но именно это отличает насосы от котлов. В случае с последними все ясно - они потребляют топливо или электричество, преобразовывая их в тепло, передаваемое в систему отопления. Тепловой насос тоже потребляет определенное количество электроэнергии, но с другой целью. Он забирает тепло из окружающей среды - чаще всего из воздуха или земли - преобразует его в более полезную для нас форму, а затем передает его отопительной установке.

Итак, у нас есть система, состоящая из трех элементов:

• окружающая дом среда, как источник тепла, т.е. нижний источник;
• сам тепловой насос;
• отопительная система здания, обычно именуемая верхним источником тепла (теплоноситель системы отопления).

Насос находится в центре этой цепи. Однако то, сколько тепла он сможет отдавать, зависит не только от него самого и количества потребляемой электроэнергии. Два оставшихся звенья цепи являются наиболее важными - сколько энергии может быть извлечено из нижнего источника и какая его температура, и насколько температуру следует повысить на стороне верхнего источника. Сразу предупреждаем, что наиболее выгодным является минимально возможная разница температур между нижним и верхним источниками. Тогда насос будет выполнять более простую работу и потреблять меньше электроэнергии, обеспечивая при этом такое же количество тепла. Другими словами, тогда он достигает максимальной эффективности, то есть работает наиболее экономично. Иногда это сравнивают с колодезным насосом, который перекачивает воду из колодца в резервуар, расположенный на определенной высоте. Любой, кто имел дело с ним, знает, что эффективность насоса уменьшается, если уровень воды в колодце падает и ее нужно перекачивать на большую высоту.

Самая важная разница между воздушными и грунтовыми тепловыми насосами

Анализируя характеристики воздуха и почвы, как нижних источников тепла, мы легко можем увидеть наиболее важное различие между ними. Насосы, которые используют воздух, работают в очень изменчивых условиях. Весной или осенью воздух может иметь температуру +15 °C, но в середине зимы опускается до -20 °C. По аналогии с колодцем мы имеем, что уровень воды то почти достигает уровня земли, то опускается на несколько метров. Это сравнение также достаточно хорошо и тем, что уровень воды также падает во время засухи в середине лета, то есть когда потребность в воде наибольшая. В нашем случае, наибольшая потребность в тепле тоже возникает во время пикового периода сильных морозов, когда его (тепло) труднее всего получить.

С другой стороны, грунтовые насосы работают из гораздо более стабильного нижнего источника. Перепад температуры грунта составляет от нескольких градусов до нескольких десятков градусов в зависимости от глубины установки (вертикальные скважины или горизонтальный коллектор). Самое главное, что даже во время сильных морозов температура грунта остается более-менее постоянной. Это очень сильно влияет на способ работы насоса и принципы проектирования установки, выбора мощности устройства и т. д. Мы должны понимать, что эффективность и мощность насоса в разное время будут очень сильно изменяться в зависимости от температуры окружающей среды (верхнего и нижнего источника), эти их параметры не будут постоянными.

Как выбрать воздушный тепловой насос воздух/вода?

Наружный воздух как источник тепла (источник нижний) имеет много преимуществ, но, к сожалению, также имеет ряд существенных недостатков. Эти недостатки долгое время препятствовали развитию воздушных тепловых насосов и их популяризации на рынке. К счастью, ограничения были преодолены, и теперь в продажах преобладают воздушные насосы. Мы должны немедленно предостеречь от сравнения современных тепловых насосов воздух/вода, и аналогичных устройств, доступных несколько лет назад. Технологии не стояли на месте и именно в этой группе изменения наиболее заметны.

Главное преимущество воздуха - его универсальность и доступность в любых количествах. По этой причине воздушный насос можно установить практически на любом участке, независимо от его размера и состояния почвы. Однако иногда небольшая ложка дегтя может стать источником ограничений. Проблема в шуме, который не должен мешать ни нам, ни нашим соседям. В основном он создается вентилятором насоса, который нагнетает большое количество воздуха (тысячи м.куб. / час). В моноблочных насосах компрессор также будет дополнительным источником шума. Это важный фактор на небольшом участке земли с плотной застройкой, например, таунхаусами (рядные застройки). Поэтому нужно хорошо продумать расположение помпы, и перед покупкой проверить, насколько она громкая.

Для многих неоценимым преимуществом будет то, что нет необходимости затрагивать участок. На благоустроенной территории с ухоженным садом, который является гордостью владельцев, они могут не согласится проводить земляные работы ради каких-либо коврижек. Это одна из причин популярности тепловых насосов воздух/вода в модернизированных домах.

Воздушный насос не имеет себе равных по инвестиционным затратам, рассчитываемыми вместе с учетом установки на стороне нижнего источника. Потому что такая установка просто не нужна. Поэтому, хотя заказчик будет платить за само устройство такую же сумму, как и за грунтовой насос, но стоимость земляных работ, обычно от нескольких сотен долларов и выше, в этом случае будет равна нулю. Таким образом, во многих новых домах насос воздух/вода выигрывает по сравнению с грунтовым - даже если во втором случае технические возможности установки нижнего источника были не так уж и плохи. Тем более что новые дома потребляют меньше энергии, чем раньше, поэтому и пропорции между инвестиционными затратами и последующей эксплуатацией различны.

- Напомнить в конце статьи -

Однако следует серьезно предупредить, что внешний воздух как нижний источник имеет очень существенные недостатки. Прежде всего, его температура резко меняется в отопительный сезон. А это влияет на КПД и мощность устройства. В то же время в разных моделях тепловых насосов это воздействие будет ощущаться в разной степени.

Некоторые модели способны поддерживать постоянную номинальную мощность нагрева даже до -15 или -20 °C. Естественно, мы не можем менять законы физики и КПД такого насоса будет намного ниже в сильные морозы. Но он сможет отапливать дом в любых условиях, без поддержки второго источника тепла или встроенных в насос электронагревателей.

Однако в большинстве моделей снижение мощности и КПД будет очень заметным. Насос может, например, достичь номинальной мощности 8 кВт при +2 °C, но при -20 °C он будет выделять только 4 кВт. Так что во время сильных морозов, когда нужно больше всего тепла, его возможности резко упадут. Он не будет подходить для использования в качестве единственного источника тепла, его следует поддерживать котлом, обогревателями или электронагревателями. Стоит ли заранее вычеркнуть из списка такой тепловой насос? Нет, если его цена привлекательная, а мы планируем систему с двумя источниками тепла, или даже у нас уже есть один тепловой насос, а это новая покупка в рамках термомодернизации. Следует отметить, что зная мощность и КПД насоса при одной температуре, например + 2 °C, нельзя сделать вывод, какими они будут при -5 или -15 °C. Здесь нужны конкретные данные от производителя. Они могут быть доступны в виде таблиц или графиков и не всегда публикуются в общедоступных материалах для потребителей. Однако они могут быть в наличии в продавцов и каталогах, предназначенных для проектировщиков и установщиков. Однако, если производитель их нигде не раскрывает, лучше рассматривать это как предупреждающий сигнал о том, что хвастаться ему, вероятно, нечем.

Как выбрать геотермальный тепловой насос земля/вода?

Грунтовые тепловые насосы на самом деле являются устройствами, взаимодействующими с специальными установками нижнего источника. Стоит знать их типы, потому что от выбора между ними зависит стоимость и объем земляных работ, а также будущие условия работы насоса.

Горизонтальный коллектор представляет собой петли из труб, проложенных горизонтально на глубине 1, 5–2 м, т.е. немного ниже зоны промерзания. В них циркулирует незамерзающий раствор, традиционно называемый рассолом. Именно он получает тепло из почвы и передает его насосу. Трубы можно укладывать различными способами, например, вместо прямых участков из них формируют спирали, укладывая их в широкие рвы или в большие овальные канавы. Такое нетипичное расположение труб часто используется на уже обустроенных участках, чтобы ограничить площадь земляных работ. С другой стороны, на новых объектах, где продолжается строительство, экскаватор-бульдозер делает одну большую траншею на площади в несколько сотен метров. Затем, после укладки труб, все зарывается и выравнивается. Однако запомните основное правило - источником тепла являются не трубы, а окружающий грунт. Следовательно, простое их уплотнение на незначительной площади не обязательно приведет к большему нагреву. Иногда это становится причиной проблем, потому что плотно расположенные трубы могут настолько эффективно заморозить определенную область, что она не сможет вернуться к нормальной температуре (регенерировать) между сезонами.

Горизонтальный коллектор в системе с прямым испарением устроен по тем же принципам, что и описанный выше, но в нем используются медные трубы, которые вместо рассола заполняются рабочим веществом насоса (так называемый фреон). Таким образом исключается использование одного теплообменника и повышается энергоэффективность. Поскольку здесь нет теплообменника между рассолом и испарителем насоса, вся установка нижнего источника представляет собой очень развитый испаритель. Более того, сами медные трубы также проводят тепло лучше, чем трубы из пластика (обычно полиэтилена - ПЭ).

Система с прямым испарением более эффективна, чем горизонтальные коллекторы с рассолом, и занимает меньше места. Однако она стоит дороже.

Оба варианта горизонтального коллектора могут позволить себе только владельцы больших участков земли. Вам понадобится несколько сотен кв. метров земли, на которой не будет застройки, мощеного покрытия или высокой (обеспечивающей тень) растительности. И к тому же освещенной солнцем. Все это нужно для того, чтобы дождевая вода и солнце беспрепятственно проникали в землю. Они восстанавливают запас тепла, из которого мы его черпаем. На этапе укладки коллектора землю нужно перекопать, поэтому удобнее всего это сделать, когда территория вокруг постройки еще не освоена. После этого вряд ли кто-то решится уничтожать ухоженные клумбы.

Для расширения кругозора следует добавить, что у горизонтального коллектора может быть еще одна вариация - это трубы, проложенные на дне пруда или реки. Но только на некоторых участках земли этот вариант имеет смысл. Однако этим стоит воспользоваться если есть такая возможность. Он предлагает отличные энергетические параметры на небольшой площади. Вода - качественный теплоноситель - она ​​отлично вбирает и проводит тепло. А трубы, лежат на дне глубокого водоема, который зимой не промерзает до дна даже в самые холодные морозы и имеют температуру около + 4 °C. Потому что вода с такой температурой имеет самую высокую плотность, а значит автоматически опускается на дно водоема. Это дополнительное преимущество, поскольку при проектировании обычного наземного коллектора предполагается, что температура рассола составляет 0 °C. В случае теплового насоса разница даже в несколько градусов - это действительно много.

Вертикальные скважины, также известные как вертикальные зонды, представляют собой модель, которая сильно отличается с точки зрения монтажа и параметров функционирования, что их не следует путать с горизонтальными коллекторами. В этом случае бурятся глубокие скважины (чаще всего несколько десятков метров) и в них укладываются трубы, заполненные рассолом. Само собой разумеется, что для этого необходимо использовать совершенно другое оборудование - профессиональные буровые установки. Тем более что делать меньше глубоких отверстий, как правило, выгоднее, чем много неглубоких. Потому что температура земли увеличивается с глубиной.

Стандартно проверено, что антифриз нагревается примерно до 10 °C в глубоких скважинах. Это намного больше, чем в случае с горизонтальными коллекторами. Что очень важно, температура глубоких слоев грунта остается постоянной вне зависимости от времени года. В этом случае мы получаем тепло от ядра Земли, а не то тепло, которое попадает на ее поверхность вместе с дождем и солнечными лучами. Поэтому скважины не только занимают мало места, но и их окружение может быть вымощено, покрыто растительностью или даже застроено.

Поэтому вертикальные зонды - очень хороший вариант установки на стороне нижнего источника. Однако их установка требует использования специализированного оборудования и стоит дорого. Поэтому, прежде чем определиться с этим решением, стоит заказать предварительное обследование грунта и пробное бурение. После этого специалисты смогут оценить потенциал земли на участке, необходимый объем работ и степень сложности, связанной с ними. Может оказаться, что использование горизонтального коллектора более оправдано. Потому что, хотя он и не имеет таких хороших параметров, обычно он намного дешевле. Кроме того, многое зависит от специфики грунта - с 1 м.кв. хорошо увлажненной глинистой почвы мы получим 30-40 Вт, а с песчаной или, вернее, сухой почвой всего 8-15 Вт. Кстати, стоит отметить, что обычно непривлекательные, влажные и заболоченные участки земли просто идеальны с точки зрения грунтовой установки. Если Вы все-таки решитесь на нее, то стоит над горизонтальным коллектором выполнить инфильтрационный дренаж из придомных очистных сооружений бытовых сточных вод, а также наладить туда же слив воды из водосточных желобов.

Температура нижнего источника

Выбор нижнего источника - воздуха или какого-то из грунтовых вариантов - обычно зависит от имеющегося в нашем распоряжении земельного участка, объема и стоимости работ. Однако не будем забывать, что, выбирая их, Вы определяете работу теплового насоса и всей системы отопления. Поэтому именно в этом случае несколько шагов действительно имеют большое значение. С технической точки зрения, чем выше температура рассола, тем лучше. Эксплуатационные расходы будут ниже на десятилетия вперед. А если температура источника тепла стабильна, нам не нужно беспокоиться о поддержке насоса другим источником тепла во время сильных морозов. Поэтому рекомендуется определить типичную температуру источника тепла. Для целей проектирования обычно принимаются следующие значения:

• + 10 °C - глубокое вертикальное бурение;
• + 4 °C - горизонтальные коллекторы, расположенные на дне пруда;
• 0 °C - горизонтальные грунтовые коллекторы;
• + 2 °C - наружный воздух.

Однако следует отметить, что в случае воздушных тепловых насосов необходимо учитывать фактическую изменчивость или даже падение температуры примерно до -20 °C. А хороший проектировщик должен использовать данные характеристики внешней температуры для данного региона страны.

С другой стороны, только пробные бурения дают полностью достоверную информацию о температуре почвы. У некоторых компаний также есть оборудование, позволяющее оценить проводимость и теплоемкость грунта. Однако следует помнить, что температура грунта и его влажность (которая имеет огромное влияние на тепловые свойства) непостоянны. Особенно неглубокие слои - до 25 м от уровня земли - меняются в зависимости от сезона и колебаний уровня грунтовых вод.

Помните, что чем выше температура нижнего источника, тем меньше работы у теплового насоса и тем экономичнее он функционирует. А в случае разницы температуры в 5 °C отличие вообще колоссальное.

Взаимосвязь между тепловым насосом и нижним/верхним источниками?

Мы уже упоминали, что тепловой насос подобен среднему звену, расположенному между нижним и верхним источниками. Следовательно, мы не должны забывать, что температура на стороне верхнего источника тепла, то есть температура воды в отопительной системе, имеет подобное значение, что и температура нижнего источника. Если она будет очень высокой для того, чтобы обеспечения тепловой комфорт в комнатах, может оказаться, что установка теплового насоса совершенно бессмысленна - он будет работать очень неэкономично или даже вообще не сможет достаточно обогреть дом во время сильные морозы. Речь идет не только о мощности устройства, а скорее о температуре, до которой помпа способна нагреть воду. Для многих моделей верхний предел составляет примерно 55 °C. И даже так называемые высокотемпературные тепловые насосы, предназначенные для использования в старых модернизированных зданиях, достигают около 70 °C. В то же время работа на границе возможных температур очень негативно сказывается на КПД, а значит, и, соответственно, на экономии. В случае насоса разница между 40 и 55 °C в пересчете на его питание огромна. Для котла это не будет большой проблемой, и разница в эффективности даже конденсационного котла составит всего несколько пунктов от процента.

Помня эти зависимости, легко понять, почему в случае новостроек с тепловым насосом проектируется панельное отопление - чаще всего теплый пол. В таких системах отопления можно просто поддерживать очень низкую температуру циркулирующей воды, например, 35 °C. Здесь температура пола или потолка, выделяющего тепло, компенсируется очень большой поверхностью теплообмена. С другой стороны, при низкой температуре оборотной воды, около 40 °C, эффективно могут работать только специальные обогреватели (низкотемпературные). Мы пишем это потому, что КПД насоса зависит в первую очередь от разницы температур между нижним и верхним источником. Напрашивается вывод, что если Вам нужна высокая температура на стороне верхнего источника, то система со скважинами (+ 10 °C даже в самые холодные морозы) или даже с горизонтальными коллекторами (0 °C) будет намного энергетически выгоднее, чем установка типа воздух / вода. Однако на практике могут преобладать другие соображения, такие как простота установки воздушного насоса и его более низкая цена. Однако стоит знать об этих зависимостях и делать осознанный выбор, а не задаваться вопросом, почему отопление дома становится неэффективным, например, при -10 °C.

КПД теплового насоса и коэффициент COP

Эффективность или КПД отопительных приборов - это параметр, показывающий, какой процент энергии, содержащейся в используемом топливе, или какая часть потребляемой электроэнергии эффективно используется, то есть передается в установку центрального отопления. В случае с котлами все просто - у нас нет возможности получить больше энергии, чем было в топливе. На самом же деле мы всегда получаем немного меньше. Конденсационные котлы могут показаться исключением из этого правила, ведь в этом случае КПД чуть больше 100%. Однако это только видимость, потому что это лишь результат метода подсчета - раньше количество тепла, потраченного на испарение водяного пара, содержащегося в выхлопах, не учитывалось. Конденсационные котлы рекуперируют это тепло, поэтому при сохранении старого метода подсчета КПД превышает 100%.

С другой стороны, тепловые насосы при таком же методе подсчета с учетом только электроэнергии, взятой из сети, достигают КПД в несколько сотен процентов. Все потому, что они передают установке в основном тепло извне.

Поэтому в случае насосов было принято подавать КПД в виде коэффициента COP (Coefficient of Performance). Он определяет соотношение количества энергии, отдаваемой насосом, к количеству электроэнергии, потребляемой им из сети. При COP = 3, забирая 1 кВт электроэнергии из сети, мы получаем 3 кВт тепла от установки (1 из сети + 2 из окружающей среды). Таким образом, чем выше COP, тем ниже стоимость эксплуатации насоса.

- Напомнить в конце статьи -

Однако COP - это очень переменная величина, зависящая от температуры как на нижней, так и на верхней стороне источника. Это важная проблема для тепловых насосов воздух-вода, потому что температура нижнего источника тепла очень нестабильна.

Поэтому мы всегда должны проверять, для каких условий был дан показатель COP. Если они (условия) разные для разных насосов, то COP нет смысла сравнивать. Более того, нельзя из значения COP, например, для внешней температуры +7°C и воды в системе +35°C, делать выводы о КПД устройства, к примеру, при -10°C или если температуру подачи поднимем до +45°C. Поэтому авторитетные производители документируют графики или таблицы значений COP для различных температур на стороне верхнего и нижнего источников. Это лучший способ оценить энергоэффективность насоса, которая важна для проектировщика.

Как выбрать мощность теплового насоса?

Вопрос о неоходимой мощности теплового насоса тесно связан с типом теплового насоса и его COP. В конце концов, если мощность не является постоянной величиной, мы должны сначала определить, при каких условиях - то есть при какой наружной температуре и при какой температуре нижнего и верхнего источников мы определяем потребность в мощности. Номинальная мощность насоса может существенно отличаться, если производитель указал ее для разных условий эксплуатации, то есть для разной температуры нижнего и верхнего источников. Особенно осторожно следует относиться к тепловым насосам воздух/вода, мощность которых иногда указывается, например, для +2 и +7 °C на стороне нижнего источника тепла. Это явно не имеет ничего общего с максимальной потребностью дома в тепле, которая определена для наружной температуры около -20 °C. Может оказаться, что если тепловой насос должен самостоятельно отапливать дом, его номинальная мощность должна быть значительно больше, чем максимальная потребность здания в тепле. Просто потому, что каждое из значений было определено в совершенно разных условиях.

Здесь есть еще один очень важный фактор. А именно, во многих домах тепловой насос - не единственный источник тепла. В частности, это касается модернизированных объектов, но не только. Второй источник тепла в виде котла, камина или электрических обогревателей может поддерживать работающий насос или полностью брать на себя бремя отопления ниже определенной внешней температуры. Мы называем такую ​​систему бивалентной, а предельная температура - это бивалентная температура.

В прошлом такое подход было стандартным даже для тепловых насосов с воздушным источником, которые не могли полностью справиться с нагревом при таких температурах, как -7 °C. Однако в настоящее время бивалентные системы отнюдь не редкость и могут быть технически и экономически очень оправданными. Особенно в модернизируемых домах.

Как выбрать / Оборудование 

Охлаждение с помощью теплового насоса

Есть еще один аспект, который может существенно повлиять на выбор между воздушным насосом и грунтовым. Это использование теплового насоса для охлаждения, то есть для кондиционирования воздуха. Стоит понимать, что тепловые насосы и кондиционеры - это устройства, которые как минимум тесно связаны. В случае насосов воздух/воздух и кондиционеров с функцией обогрева разница условная. Она основана исключительно на предположении, какая из функций - обогрев или охлаждение - будет доминирующей. Однако есть фундаментальное различие между воздушными и грунтовыми тепловыми насосами - это две совершенно разные системы охлаждения.

Активное охлаждение основано на использовании компрессора, который меняет только направление движения тепла. В данном случае он производится из дома вовне. Принцип работы и эксплуатационные расходы такие же (или, по крайней мере, очень похожи) на использование кондиционеров. Тепловые насосы воздух-вода могут работать только в активном режиме охлаждения.

Пассивное охлаждение - это совершенно другая система, которая использует естественную теплоемкость земли и тот факт, что ее температура даже во время волн сильного тепла намного ниже температуры воздуха. Здесь не работает компрессор, а работают только циркуляционные насосы верхнего и нижнего источника. Все потому, что движение тепла происходит естественным образом - от более теплого тела (внутри дома) к более прохладному телу (земле).

Так могут работать только грунтовые насосы, и это их существенное преимущество. Потому что пассивное охлаждение требует очень мало энергии (мы не запитываем компрессор).

Как работает тепловой насос?

Без работы насоса тепло, отводимое из воздуха или земли, было бы бесполезным. Ведь что из того, если мы охладим, например, 1000 м3 воздуха на 1 °C, и вместо -5 °C теперь будет -6 °C? Да ничего, если мы не сможем передать полученную энергию в систему центрального отопления воде, которая имеет температуру +35 °C. Тепловой насос - это устройство, которое «высасывает» энергию из окружающей среды и преобразует ее так, чтобы ее можно было использовать для обогрева здания. Иногда на жаргоне говорят, что помпа поглощает низкотемпературное тепло из окружающей среды и передает его в виде высокотемпературного тепла. Это упрощение, но оно хорошо описывает суть происходящего. Потому что насос обеспечивает поток тепла снизу наверх. Ведь нижний источник, который и без того был таким прохладным, становится еще холоднее. В свою очередь, вода в системе отопления, то есть в нашем верхнем источнике, становится еще более теплой, чем была раньше.

Но наш опыт говорит о чем-то совершенно другом - тепло от тела при более высокой температуре перетекает к телу при более низкой температуре. Это происходит до тех пор, пока температура не выровняется. Поэтому кофе в чашке остывает, радиатор нагревает комнату и т. д. Именно такое направление движения тепла мы считаем естественным. Однако на практике возможно и его перетекание. Но для этого требует, чтобы специальными устройствами выполнялась работа, а именно тепловыми насосами. Стоит напомнить, что, наверное, в каждом доме есть тепловой насос малой мощности, используемый по определенному назначению - холодильник. Это холодильный прибор, но принцип работы и самые важные функциональные элементы у него такие же, как у теплового насоса, используемого для обогрева здания. Само собой разумеется, что они различаются масштабом - тепловой насос в 10 раз более мощный.

Функциональными элементами, о которых шла речь выше, в обоих случаях являются электрический компрессор, расширительный клапан, испаритель и конденсатор - это два элемента, между которыми циркулирует, попеременно сжимаясь и расширяясь, так называемое рабочее вещество (хладагент).

В испарителе вещество испаряется, забирая тепло у окружающей среды. Эта часть находится внутри холодильника, в морозильной камере. На этом этапе мы собираем тепло от продуктов, хранящихся в холодильнике.

Затем компрессор делает работу - увеличивает давление среды, что уменьшает ее объем, но значительно увеличивает температуру.

В конденсаторе сжатое рабочее вещество отдает тепло. В холодильниках он находится в задней части устройства. Во время работы компрессора, конденсатор становится довольно теплым, поэтому его нужно вентилировать (иначе он не сможет отдавать тепло).

Расширительный клапан снова снижает давление рабочего вещества (температура падает), которое возвращается в испаритель, и весь цикл повторяется.

Тепловой насос для отопления здания работает по точно такой же схеме. Однако здесь передача тепла происходит из прохладной внешней среды вокруг дома в его более теплые внутренние помещения.

Если Вы пропустили, предлагаем ознакомиться с нашим следующим материалом на тему Как установить солнечные панели?.

Рекомендуем также прочесть предыдущую статью Тепловой насос BASIC 4-го поколения от Galmet.