Вы хотите установить в своем доме отопление, использующее тепловой насос «воздух-воздух» для нагрева теплоносителя, что позволит сэкономить на обогреве? Действительно, предложение получить эффективное отопление и горячую воду почти без затрат — это весьма привлекательная идея.
Но у вас возникают вопросы о том, как организовать такую систему, чтобы обеспечить альтернативный способ отопления и получать горячую воду для ежедневных нужд?
Мы постараемся помочь вам разобраться в этом вопросе — в данной статье схематично представлены принципы работы и компоненты насоса. Энергия в такой системе будет расходоваться в основном на функционирование компрессора, так как основное количество тепла берется прямо из атмосферы, за что пока не требуется платить.
Мы также обсудим плюсы внедрения такого оборудования и его веские минусы. Кроме того, внимание уделим вопросам выбора и расчетов насоса.
А тем, кто хочет попробовать сделать всё своими руками, мы предлагаем собрать аналогичный насос самостоятельно, используя подручные материалы. В качестве дополнительной помощи предоставлены фотографии и видео рекомендации о конструкции и работе теплового воздушного насоса.
- Характеристика теплового насоса «воздух-воздух»
- Принцип работы и внутреннее строение
- Плюсы и минусы теплового насоса «воздух-воздух»
- Главные отличия от кондиционеров
- Выбор и расчеты для теплового насоса
- Самодельный тепловой насос из старого холодильника
- Итоги и полезное видео по теме
- Видео:
- Отопление дома воздушный тепловой насос (воздух-вода).
Характеристика теплового насоса «воздух-воздух»
Тепловые насосы относятся к ресурсосберегающему оборудованию, использующему альтернативные источники энергии. Они извлекают теплоту из наружного воздуха или окружающего пространства для обогрева жилых и нежилых помещений.
При этом не используются горючие источники топлива.
По своей внешности тепловой насос (ТН) «воздух-воздух» напоминает инверторный кондиционер, состоящий из наружного и внутреннего блоков.
Принцип работы этого устройства схож с работой холодильника, только процесс идет «в обратном направлении». В отличие от этих приборов, данный тепловой насос способен как охлаждать, так и нагревать воздух в помещениях.
Тепловой насос извлекает низкопотенциальную теплоту из наружного воздуха и поднимает температуру внутреннего помещения до комфортного уровня.
Принцип работы и внутреннее строение
Секрет работы ТН «воздух-воздух» основан на простом явлении термодинамики: при испарении жидкость охлаждает свою поверхность, с которой она взаимодействует. Примером может служить пар, поднимающийся над чашкой с горячим чаем.
Этим же принципом пользуется и обычный холодильник, в который встроены трубки, через которые циркулирует хладагент под давлением. Он забирает тепло из морозильной камеры, слегка нагреваясь при этом.
Собранное тепло затем передается в комнате через теплообменник (решетки с задней стороны холодильника).
Зимой тепловой насос «воздух-воздух» обогревает внутренний воздух, а летом может его охлаждать.
Чтобы хладагент остыл до рабочей температуры, он компрессируется в компрессоре. В течение цикла сжатия фреон постоянно сменяет свое состояние из газа в жидкость и обратно.
Воздушный тепловой насос работает по аналогичному принципу. Он забирает тепло с улицы, даже если за окном сильный мороз, так как в атмосфере всегда присутствует достаточное количество тепла.
Для выработки тепла тепловому насосу требуется лишь энергия, расходуемая на компрессор. Процесс переноса тепла подробно изображен на схеме.
Компоненты теплового насоса «воздух-воздух» включают:
- компрессор;
- испаритель с вентилятором для принудительного обдува;
- расширительный клапан;
- медные трубки для перекачки хладагента между улицей и домом;
- конденсатор с вентилятором для подачи нагретого воздуха в помещение.
Первые три компонента образуют внешний блок, а последний — относится к внутренней части устройства. Теплоизолированные медные трубки обеспечивают постоянную циркуляцию теплоносителя между этими модулями.
Фреон в тепловом насосе движется по замкнутому контур и проходит циклы сжатия и расширения.
Алгоритм работы теплонасоса «воздух-воздух» следующий:
- Снаружи воздух втягивается вентилятором в наружный блок и проходит через ребра испарителя. Хладагент, циркулирующий по теплообменнику, забирает теплоту и переходит в газообразное состояние.
- После этого газ попадает в конденсатор, где сжимается и перекачивается по медным трубам во внутренний блок.
- В конденсаторе, находящемся в доме, газ снова становится жидкостью, передавая тепло воздух в комнате.
- Затем излишнее давление сбрасывается через расширительный клапан, и жидкий хладагент снова попадает в испаритель.
Температура фреона, поступающего в наружный блок, всегда ниже окружающей среды, поэтому он постоянно извлекает тепло из атмосферы.
Однако уровень «охлаждения» теплоносителя остается постоянным, тогда как наружная температура варьируется. Это приводит к снижению эффективности ТН в сильные морозы.
Цикл перемещения теплоносителя в тепловом насосе «воздух-воздух» выглядит следующим образом: 1. сжатие компрессором, 2. конденсация в теплообменнике с отпуском тепла, 3. переход в наружный теплообменник в виде жидкости, 4. испарение, где хладагента забирает теплоту из окружающей среды, 5. далее возвращение в конденсатор.
Чтобы повысить мощность теплового насоса, поверхности конденсатора и испарителя должны быть максимально увеличены. Для обеспечения бесперебойной работы в зимний период наружный теплообменник оснащают системой оттаивания.
Плюсы и минусы теплового насоса «воздух-воздух»
Каждая сложная система имеет свои достоинства и недостатки. Рекламные материалы представляют одно, а на практике владельцы тепловых насосов могут встретиться с различными проблемами.
Использовать тепловой насос «воздух-воздух» можно в любое время года. В зимний период он подает нагретый воздух в помещения, а летом — охлажденный.
На фоне других тепловых насосов, «воздух-воздух» отличается простотой установки. Для его монтажа не требуется бурение скважин или установка больших коллекторов, которые нужно закапывать в землю или помещать в водоем.
Воздушная система сразу подает обработанный воздух в пространство, поэтому внутренний блок отличается компактностью и занимает довольно мало места.
Недостатком данного типа теплового насоса является то, что он не может подогревать воду. Это решение подходит исключительно для отопления помещений.
Насосы работают круглый год.
Воздушный конвертер системы установлены рядом с домом.
Внутренняя часть насоса «воздух-воздух».
Внешний модуль для комплексной системы.
Установки типа «воздух-воздух» являются выгодными по нескольким причинам.
К основным их преимуществам можно отнести:
- Универсальность. Они могут как обогревать, так и охлаждать помещения в зависимости от назначения комнаты, требований и сезона.
- Экологичность. Дают возможность вовсе отказаться от сжигания газа, угля, дров и других ресурсов, загрязняющих природу продуктами сгорания.
- Легкость в установке. Создание системы из заводских компонентов не вызывает особых трудностей. Есть возможность собрать тепловой насос самостоятельно из доступных материалов.
- Пожарная безопасность. Процесс тепловыработки не связан с использованием горючих материалов, даже сбой в работе устройства не может привести к возгоранию.
- Экономичность. Обладают высоким коэффициентом теплоотдачи при минимальных затратах (за тот же 1 кВт электроэнергии вырабатывается 4-5 кВт тепла). Также быстро окупаются.
- Доступность по цене. Стоимость заводских систем доступна большинству покупателей. комплектация, изготовленная своими руками, будет практически бесплатной.
- Комфорт в эксплуатации. Технически самое сложное устройство в системе — компрессор, с обслуживанием которого не должно быть особых проблем. При обычной нагрузке компрессоры редко выходят из строя раньше гарантийного срока.
Для отопления одной комнаты достаточно установить сплит-систему с наружным модулем на фасаде и внутренним конвертером на стене. Для обогрева нескольких помещений потребуется организовать каналы для распределения подогретого воздуха.
Каждый киловатт потребленной электроэнергии теплонасос преобразует в нашем доме в пять киловатт тепла.
Управление работой теплонасоса «воздух-воздух» осуществляется автоматической системой. Обеспечение её функционирования и настройки не потребует значительных усилий — придется лишь периодически очищать воздушные фильтры и менять их по мере необходимости.
Среди недостатков тепловых насосов можно выделить:
- заметный, хоть и не сильный, шум;
- зависимость эффективности работы системы от температуры на улице;
- увеличение расходов электроэнергии при понижениях температуры;
- постоянное наличие пыли в воздухе из-за круглосуточной работы вентилятора и циркуляции воздуха;
- зависимость от источников электроэнергии (для бесперебойной работы потребуется генератор).
При температурах до -10°C система функционирует отлично, извлекая необходимую теплоту из окружающей среды, чтобы поддерживать комфортные условия в доме. Однако в условиях более сильного холода эффективность работы насоса резко снижается.
Если ваш коттедж находится в районе с суровым климатом и низкими зимними температурами, дополнительные источники тепла, такие как котлы или камины, будут необходимы.
В регионах с мягким климатом воздушные тепловые насосы отлично решают задачи отопления частных домов. Однако в условиях сильных морозов наличие дополнительного источника тепла будет весьма полезным.
Для реализации системы воздушного отопления такие установки подходят идеально. Они требуют минимальных затрат электроэнергии, просты в установке и не вызывают сложностей в обслуживании. Однако следует отметить, что они не могут обогреть воду, что подразумевает необходимость установки бойлера или подключения к централизованным системам отопления.
Тепловые насосы типа воздух-воздух отлично подходят для обогрева зданий из дерева или СИП, так как такие постройки имеют низкий уровень теплопотерь, и мощностей воздушного насоса для их отопления вполне достаточно.
Летнее время позволяет использовать таких насосы для подогрева воды в бассейне.
Главные отличия от кондиционеров
На первый взгляд тепловой насос воздух-воздух напоминает обычный кондиционер, но они имеют свои уникальные конструктивные особенности и технические спецификации.
Тепловой насос функционирует как основной обогреватель, действующий на протяжении всего года, тогда как кондиционер в основном предназначен для охлаждения воздуха в жаркие дни.
Основная задача теплового насоса — это отопление, однако многие модели также способны охлаждать воздух, но в этом режиме их эффективность значительно уступает кондиционерам. Это скорее дополнительная функция, чем основной режим работы.
Хотя на внешний вид кондиционеры и тепловые насосы похожи, их назначение и эксплуатационные характеристики значительно различаются.
Многие инверторные кондиционеры также способны нагревать воздух в помещениях, но при этом они потребляют гораздо больше электричества, чем тепловые насосы. Каждое из этих устройств имеет свое конкретное назначение.
Использование тепловых насосов «воздух-воздух» подразумевает переход на возобновляемые источники энергии.
Экономическая целесообразность этих систем очевидна, несмотря на значительные стартовые расходы. Снижение счетов за отопление быстро компенсирует все первоначальные инвестиции.
Выбор и расчеты для теплового насоса
Для эффективной работы теплового насоса воздух-воздух важно правильно выбрать его модель. Необходимо заранее провести расчет мощности в зависимости от площади дома, а уже потом сравнивать цены разных производителей.
При осуществлении расчетов используется коэффициент энергоэффективности СОР (сравнение мощности ТН и используемой энергии).
При идеальных условиях этот коэффициент может достигать 4–5, а у современных моделей — 7–8. Однако при понижении температуры на улице до -15–20°C этот показатель резко снижается до 2.
Оптимальные условия для работы теплового насоса наблюдаются при температуре на улице от -10 до +10 градусов Цельсия, когда он может забирать до ¾ тепловой энергии с улицы.
- Уровень теплоизоляции и инсоляции;
- Площадь помещений;
- Количество человек, проживающих в доме;
- Общие климатические условия региона расположения дома.
Для большинства домов требуется примерно 0,7 кВт мощности теплового насоса на каждые десять квадратных метров. Однако это значение условное: если потолки выше 2,7 м или стены и окна имеются плохую теплоизоляцию, потребность в тепле возрастет.
На рынке представлено множество производителей тепловых насосов воздух-воздух как в Европе, так и в Азии.
Системы от Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Carrier, Aertec, Panasonic и Toshiba получили положительные отзывы. Практически все их модели адаптированы к российским условиям и хорошо себя зарекомендовали.
Даже при колебаниях напряжения они продолжают функционировать без перебоев после восстановления электричества.
Цены на востребованные воздушные теплонасосы находятся в диапазоне от 90 до 450 тысяч рублей. Эта стоимость существенно зависит не только от мощности устройства, но и от дополнительного функционала и страны-производителя.
Некоторые модели могут быть дополнены:
• фильтрами для очистки и обеззараживания воздуха;
• резервными обогревателями;
• электрогенераторами;
• GSM-модулями для управления системой;
• ионизаторами и озонаторами.
Практика показывает, что при температурах ниже -15 °C в помещениях, отапливаемых исключительно тепловым насосом, становится прохладно, и без дополнительного источника тепла комфортом в таких помещениях и не пахнет.
Тем не менее, в южных регионах, где такие морозы редкость, тепловой насос показывает хорошую эффективность и оправдывает затраты на его приобретение за счет экономии на энергоресурсах.
Самодельный тепловой насос из старого холодильника
Создать тепловой насос воздух-воздух из отдельных компрессоров и конденсаторов своими руками без специальных инженерных навыков достаточно сложно. Но для небольшой комнаты или теплицы можно использовать старый холодильник.
Простейший вариант воздушного теплового насоса можно сделать, протянув в холодильник воздуховод с улицы и установив вентилятор на задней решетке теплообменника.
Для этого требуется сделать в передней панели холодильника два отверстия: одно — для поступления уличного воздуха в морозильную камеру, второе — для вывода воздуха обратно на улицу.
При этом воздух, проходя через внутреннюю камеру, будет отдавать часть своего тепла хладагенту.
Также можно интегрировать холодильник в стену, открыв его дверцу наружу, а теплообменником сзади — в помещении. Но следует помнить, что мощность такого устройства будет низкой, а потребление электроэнергии — довольно высоким.
Воздух в помещении нагревается от теплообменника, расположенного на задней панели холодильника, но такой тепловой насос будет работать только при температуре снаружи не ниже +5°C.
Эта техника предназначена исключительно для помещений.
Для большого коттеджа систему воздушного отопления потребуется дополнить воздуховодами, которые будут равномерно распределять теплый воздух по всем комнатам.
Монтаж теплового насоса воздух-воздух довольно прост. Нужно установить наружный и внутренний блоки, а затем соединить их между собой контуром с теплоносителем.
Наружный блок размещается на улице: на фасаде, крыше или рядом с домом. Внутренний блок можно установить на потолке или стене.
Наружный блок желательно устанавливать на расстоянии нескольких метров от входа в дом и подальше от окон, чтобы свести к минимуму шум от работающего вентилятора.
Внутренний блок следует устанавливать так, чтобы поток теплого воздуха равномерно распространялся по всей комнате.
Если тепловой насос воздух-воздух используется для отопления дома с несколькими комнатами на разных этажах, потребуется установка системы вентиляционных каналов с принудительной подачей воздуха.
В этом случае лучше всего разработать проект у профессионального инженера, иначе мощности теплового насоса может не хватить для всех помещений.
Электросчетчик и защитные устройства должны быть рассчитаны на пики нагрузки, создаваемые насосом. При резком понижении температуры на улице компрессор начинает потреблять электроэнергию в несколько раз больше, чем обычно.
Рекомендуется проложить отдельную линию электропитания для этого воздушного обогревателя от распределительного щитка.
К монтажу трубок для хладагента нужно относиться с особым вниманием: даже небольшая стружка может повредить компрессор.
Здесь вам не обойтись без навыков пайки меди. Заправку хладагентом лучше доверить специалисту, чтобы избежать проблем с утечками в будущем.
Этапы создания теплового насоса из холодильника описаны в этой статье.
Итоги и полезное видео по теме
Система работы теплового насосного устройства «воздух-воздух»:
Воздушный тепловой насос в двухэтажном доме:
Кондиционер-инвертор или тепловой насос воздух-воздух — что выбрать?
Тепловые насосы, работающие по принципу «воздух-воздух» являются высокоэффективными устройствами. Они просты в обслуживании, удобны в использовании и экономичны.
На рынке представлен широкий ассортимент подобных систем, что позволяет подобрать отопительное оборудование для любого дома. Главное — правильно рассчитать его мощность, и тогда оно будет служить долго и эффективно.
А каково ваше мнение по поводу эффективности и целесообразности применения тепловых насосов «воздух-воздух»? Поделитесь своими мыслями, оставляйте отзывы о работе агрегатов и задавайте вопросы. Форма для комментариев находится ниже.