Как установить тепловой насос

Разновидности установок

По общепринятой классификации, тепловые насосы делят на типы по источнику передаваемого тепла и виду теплоносителя, поглощающего его. Таких типов четыре. 

Теплонасосы «грунт-вода»

Для работы такой отопительной системы используется тепло, поглощенное рабочей жидкостью теплообменника из земли.  Эффективность системы обеспечивает постоянство температуры на глубине нескольких метров (ниже глубины естественного промерзания).  Внешний теплообменный контур такой системы может быть представлен в виде горизонтального коллектора или вертикальных зондов. Механизм работы и теплообмена в обоих случаях идентичен.

Теплонасосы «вода-вода»

Основным источником низкопотенциального тепла для теплонасосов этой категории выступает вода из открытых источников. Тепло поглощается теплоносителем внешнего теплообменного контура - труб, размещенных на дне водоема.  Водяные тепловые насосы имеют высокий КПД и работают стабильно при любой температуре. Их повсеместное использование ограничено только необходимостью близкого расположения водоема нужных размеров (площадь зеркала и глубина).

Теплонасосы «воздух-воздух», «воздух-вода»

Основной источник тепловой энергии для данных теплонасосов - воздух. Для работы оборудования он «втягивается» с помощью встроенных вентиляторов и передает низкопотенциальное тепло напрямую хладагенту.  Главное преимущество воздушных теплонасосов - простота монтажа и возможность применения даже там, где нет водоемов и места под геотермальный теплообменник. 

Принцип работы теплонасосов

Теплонасосы системы «грунт-вода» и «вода-вода» представлены тремя контурами:

• внутренним контуром домашнего отопления;
• контуром с циркулирующим хладагентом;
• внешним (уличным) контуром.

В тепловых насосах систем «воздух-воздух» и «воздух-вода» используется только два первых контура. Третьего, уличного контура нет - низкопотенциальное тепло поглощается напрямую из воздуха. 
При этом, весь процесс работы блока теплонасоса, выполняющего преобразование низкопотенциального тепла в тепловую энергию для отопления дома, представлен несколькими этапами.

1. Тепло воды, грунта или воздуха через внешний контур (для воздушных теплонасосов - блок) передается на испаритель. В нем находится жидкий хладагент, циркулирующий по второму контуру. 
2. Хладагент, получая тепло, закипает и переходит в газообразное состояние.
3. Хладагент-газ поступает в компрессор и, после сжатия, сильно разогревается.
4. Разогретый сжатый газ поступает в конденсатор, где отдает тепло теплоносителю третьего контура (системе домашнего отопления).
5. В результате теплообмена хладагент остывает и возвращается в жидкое состояние. 
6. Дроссельный клапан сбрасывает избыточное давление во втором контуре.
7. Жидкий хладагент подается в испаритель и цикл повторяется.

Как и упоминали раньше, все типы теплонасосов отличаются только внешним (уличным) контуром или блоком.  Теперь подробно разберемся, как их устанавливать.

Предварительная оценка

На начальных этапах внедрения отопительной системы на базе теплонасосов важно изучить участок. Это поможет понять, какой из источников энергии доступнее и какую систему лучше использовать в конкретном случае.  Например:

• если рядом есть водоем - можно применять систему «вода-вода»;
• если загородный дом только строится и места достаточно, можно монтировать горизонтальный теплообменник системы «грунт-вода»;
• если место ограничено, подойдут системы «воздух-вода», «воздух-воздух» и «грунт-вода» с вентильным расположением теплообменника. 

Монтаж теплообменника для теплонасоса «грунт-вода»

Для эффективного поглощения грунтового тепла такому тепловому насосу требуется теплообменник из труб, заполненных специальной жидкостью («рассолом»).  Теплообменник может располагаться горизонтально и вертикально. В обоих случаях применяются пластиковые трубы, не подверженные коррозии. При расчете нужной протяженности теплообменника надо учесть, что 1 метр трубы поглощает до 70 Вт тепла. То есть, если для отопления дома нужно 14 кВт тепла, длина труб теплообменника составит 200 метров. Кроме того, предусмотреть 10-20% запас, который поможет компенсировать разные теплопотери. 

Установка горизонтального теплообменника

Для размещения горизонтального теплообменника-коллектора надо подготовить котлован глубиной от 2 метров. Его дно нужно выровнять, после очистить от торчащих камней и всего, что может повредить прокладываемые трубы. После этого можно приступать к прокладыванию теплообменника. В зависимости от нужной длины труб можно использовать несколько видов укладки:

• спиралью. В таком случае труба раскладывается по подготовленной площади витками в один слой. Такой вариант помогает экономить площадь, но несколько снижает теплопроводность;
• «змейкой». Труба укладывается последовательно с одинаковым расстоянием между прямыми участками - не менее 20 см. 

После укладки труб их предварительно закрепляют, чтобы исключить сдвиг во время закапывания. На поверхность земли выводятся начало и конец трубы, которые будут «подачей» и «обраткой» внешнего теплообменника.  Для прокладки «подачи» и «обратки» от теплообменника до теплонасоса в доме надо выкопать траншеи глубиной от 50-70 см. 
После завершения укладки труб теплообменник можно закопать, предварительно убедившись в герметичности всех стыков и соединений.
Важно! На участке, где закопан горизонтальный теплообменник нельзя возводить капитальные сооружения и высаживать растения с крупной корневой системой. 

Установка вертикального теплообменника

Этот способ подразумевает размещение теплообменника в специально подготовленных скважинах. Их глубина и количество будет зависеть только от нужной протяженности теплообменного контура. При этом, оптимальный диаметр скважин - 20 см. Если используется вариант с несколькими скважинами, расстояние между ними должно быть не меньше 1 метра, а выполнены они должны быть по направлению друг от друга.  В скважины трубы укладываются спиралью с равным расстоянием между витками. 
На поверхность также выводятся только «обратка» и «подача», которые по траншеям заводятся дом. После этого теплообменник закапывается.
Для такого варианта размещения не надо много места, поэтому он подойдет для организации отопления загородных домов даже с небольшими приусадебными участками.

Монтаж теплообменника для теплонасоса «вода-вода»

Как и в системах «грунт-земля», тепловые насосы «вода-вода» поглощают низкопотенциальное тепло с помощью теплообменного контура с циркулирующей по нему рабочей жидкостью. Для создания контура используются стандартные полиэтиленовые трубы.   При этом, источником тепла для такого оборудования могут быть:

• открытые водоемы; 
• скважины или колодцы. 

Размещение теплообменника в открытом водоеме

Для этого варианта подходят водоемы площадью водного зеркала от 200 квадратных метров и глубиной от 3 метров.  Из труб собирается коллектор в виде «змейки» или спирали, помещается на дно водоема и обязательно укрепляется грузами или глубоководными фиксаторами.  Коллектор важно разместить не возле берега, а на глубине от 3 метров, где температура воды всегда примерно одинаковая. Кроме того, трубы заводятся в водоем и выводятся из него по углубленным траншеям. Это поможет защитить их от «вмерзания в лед» и быстрого разрушения.  По этим же траншеям «подача» и «обратка» заводятся в дом. 

Размещение теплообменника в колодцах и скважинах

Последовательность действий при размещении теплообменника «вода-вода» в скважины или колодцы такая же, как при установке вертикального теплообменного контура (зонда).  При этом, предварительно нужно проверить, достаточен ли уровень грунтовых вод.  

Монтаж теплообменника для теплонасоса «воздух-вода» и «воздух-воздух»

Задачи внешнего контура в этих системах выполняет блок с вентилятором, через который воздух с низкопотенциальным теплом подается на второй контур.  В зависимости от модели, воздушные теплонасосы могут быть в формате моноблоков или сплит-систем. 

Размещение моноблока

В моноблочной конструкции все узлы объединены в одном корпусе. Это значит, что установить нужно всего один элемент.  Вариантов установки моноблоков два:

• внутренняя;
• внешняя.

При внутренней установке изначально нужно вымерять размер вентиляционной решетки на корпусе моноблока. Если таких решеток несколько - замерять расстояние между ними.  В соответствии с полученными размерами во внешней стене котельной нужно сделать отверстия. Они будут служить приточными каналами, через которые воздух будет подаваться на вентиляторы моноблока. После того, как каналы сделаны, можно устанавливать сам моноблок. Закрепляется он внутри здания, вентиляторными решетками наружу.  Важно четко сопоставить вентиляторы и предварительно сделанные каналы в стене. Место соединения стены и корпуса нужно герметизировать и утеплить, чтобы в котельную не проникал холод. На этом монтаж заканчивается.
Во втором случае моноблок устанавливается на улице. Для него нужно выбрать максимально ветреное место. Это может быть участок возле загородного дома, его крыша или отдельные конструкции. Важно, чтобы блок был удален от внутренней системы не больше, чем на 20 метров. Чем ближе - тем лучше.   При размещении на участке для моноблока надо предусмотреть пьедестал с установочной площадкой на высоте 20-30 см от земли. Под сам моноблок желательно установить амортизаторы или резиновую прокладку, компенсирующую вибрации. Корпус моноблока и трубы, идущие от него в дом, обязательно утепляются. 

Размещение сплит-системы

Монтаж теплонасоса в формате сплит-системы такой же, как и при установке бытового кондиционера. То есть, внешний блок размещается на улице или крепится к стене дома и трубками соединяется с внутренним блоком, установленным в помещении котельной.  Как и в других случаях, место входа труб обязательно утепляется. 

Монтаж домашней отопительной системы

После того, как внешний теплообменник будет установлен (независимо от источника энергии) трубы “подачи” и “обратки”, отходящие от него, нужно завести в дом с обязательным утеплением места входа. Тепловой насос оптимально устанавливать на цокольном или первом этажах. Желательно, чтобы расстояние от внешнего теплообменника до самого теплонасоса было минимальным.  После подключения коллектора к теплонасосу можно приступать к сборке внутреннего контура отопления. на этом этапе происходит установка радиаторов, проводятся магистрали, подключается система теплый пол. На “обратке” нужно обязательно установить:

• расширительный бак;
• фильтр;
• циркуляционный насос нужной производительности. 

После этого магистраль подключается к тепловому насосу и отопительный контур замыкается. 

Общие советы по монтажу 

1. Для стабильной работы теплонасосов важна бесперебойная подача электричества. Поэтому, желательно иметь аварийный источник питания (генератор).
2. Внутренняя домашняя проводка должна быть в состоянии выдерживать постоянную работу компрессора и циркуляционного насоса отопления.
3. Чем ближе к теплонасосу расположен внешний теплообменник, тем лучше. Это снижает путевые теплопотери.
4. Места всех соединений внешнего теплообменника надо тщательно проверять на предмет протечки. Особенно это касается систем «вода-вода» и «грунт-вода», которые после монтажа проблематично обслуживать.
5. Если нет соответствующего опыта - лучше доверить монтаж теплового насоса специалистам. 

Сравнение эффективности систем

Теплонасосы, использующие разные источники низкотемпературной энергии, имеют разный коэффициент эффективности. Для данного оборудования оно оценивается параметром СОР - соотношением полученного тепла к израсходованной электроэнергии.  Так:

• СОР системы “вода-вода” достигает 5 единиц. То есть, на 1 кВт потраченного электричества насос вырабатывает до 5 кВт;
• СОР системы “грунт-вода” может достигать 4-4.5 единиц - расход 1 кВт электричества на 4-4.5 кВт тепловой энергии;
• СОР системы “воздух-вода” находится в пределах 2-3 единиц, то есть насос вырабатывает до 3 кВт тепла на 1 кВт израсходованного электричества.

Таким образом, КПД теплонасосов может достигать 500%.  Этот параметр нужно учитывать при расчете необходимой мощности теплонасоса. 

Заключение

Организация отопления дома и горячего водоснабжения на базе теплового насоса - не сложный технологический процесс. При этом, есть много нюансов, на которые надо обращать внимания - часто даже незначительные на первый взгляд детали определяют эффективность и долговечность всей системы. 
Поэтому, к установке теплового насоса нужно относиться ответственно, а если нет нужных навыков - лучше доверить работу профессионалам.