Тепловой насос воздух-воздух: как работает, виды, нюансы эксплуатации

Тепловой насос воздух вода трансформирует энергию внешней среды в тепло, обогревающее внутреннее пространство. То есть, с помощью этого устройства жилище или строение можно «отапливать» обычным воздухом. Причем воздух не сгорает в топке, а просто отдает свои калории сложному агрегату – тепловому насосу, который транспортирует эту энергию в помещение и отдает ее системе отопления.

Согласитесь, подобные манипуляции с энергиями похожи на магию. Но ничего фантастического в тепловых насосах подобного типа нет. И в данной статье мы рассмотрим принципы работы и устройство такого агрегата.

Тепловой насос воздух вода

Как работают тепловые насосы воздух вода

Схема работы воздушного теплового насоса скопирована с холодильника или кондиционера, а именно:

• Низкокалорийный  энергоноситель (воздух), кипятит хладагент, залитый в циклический контур, который соединяет испаритель (улавливатель тепла) с конденсатором (тепловым излучателем).
• В конденсаторе пары хладагента переходят в иное агрегатное состояние (жидкость) и отдают энергию отопительной системе.
• После этого жидкий хладагент вновь уходит к испарителю, где превращается в пар. И все начинается сначала.

То есть, в работе используется все тот же обратный принцип Карно, но главной частью установки является не испаритель, аккумулирующий тепло из окружающего пространства, а конденсатор, отдающий накопленные калории потребителю.

Принцип действия теплового насоса воздух-вода

При этом цикличность работы установки обеспечивает особый компрессор, который не только прокачивает хладагент по контуру, но и сжимает его, увеличивая тем самым теплоотдачу на конденсаторе. Впрочем, это не единственный силовой агрегат установки – тепловой насос оборудован достаточно мощным вентилятором, который обдувает  испаритель.

Ну а в качестве потребителя тепла выступает либо конвектор, разогревающий воздух внутри комнаты, либо система «теплый пол» или иные радиаторы с большой площадью.

А вот со стандартными батареями тепловые вентиляторы работают не очень эффективно.

Причем конвектор с конденсатором монтируют в помещении, а испаритель с вентилятором – либо снаружи, на фасаде, либо во внутренней части вытяжной ветви вентиляционной системы.

Достоинства и недостатки воздушных тепловых насосов

Отзывы о тепловом насосе воздух вода бывают как хорошими, так и плохими. Ведь это устройство при всех неоспоримых достоинствах не лишено и некоторых недостатков.

Причем к достоинствам относятся следующие факты:

Воздушный тепловой насос

• Во-первых, такой агрегат легко смонтировать. Ведь для первичного контура, замкнутого на испаритель, не нужны ни земляные работы, ни водоемы.
• Во-вторых, воздух ест везде, а вот земля, в личной собственности, только за городом, ну а с искусственными или естественными водоемами проблем еще больше. Поэтому  воздушные тепловые насосы для отопления можно монтировать даже в городских условиях, не спрашивая разрешение контролирующих инстанций.
• В-третьих, воздушный насос можно объединить с системой вентиляции, используя мощности агрегата для повышения эффективности воздухообмена в помещении.

Кроме того, такой насос работает почти бесшумно и легко программируется.

Ну а неизбежные недостатки можно представить в виде такого списка:

• Эффективность агрегата зависит от температуры окружающего воздуха. Поэтому КПД устройства летом выше, чем в зимнее время.
• Воздушный насос можно включать лишь при относительно слабых морозах. Причем при -7 градусов Цельсия бытовой воздушный насос работать уже не будет. Хотя промышленные агрегаты включаются и при -25 градусах Цельсия.

Кроме того, воздушный насос – это не совсем автономная энергетическая установка. Агрегат потребляет электроэнергию, трансформируя 1 КВт/час в 11-14 МДж.

Воздушный тепловой насос своими руками: схема сборки

В отличие от достаточно сложных геотермальных и гидротермальных систем тепловой насос типа «воздух-вода» доступен для изготовления даже своими силами.

Причем для изготовления воздушной системы нам понадобится сравнительно дешевый набор, состоящий из следующих деталей и узлов:

Внешний блок теплового насоса воздух-вода

• Компрессора сплит-системы – его можно приобрести в сервисном центре или в ремонтной мастерской
• 100-литрового бака из нержавейки – его можно снять с любой старой стиральной машины
• Полимерной емкости с широкой горловиной – подойдет обычный бидон или полипропилена.
• Медных труб, с пропускным диаметром более 1 миллиметра. Их придется купить, но это единственная дорогостоящая покупка во всем проекте.
• Набора запорно-регулирующей арматуры, в который войдут сливной кран, клапан для травления воздуха, предохранительный клапан.
• Крепежных элементов – кронштейнов, клипс для труб, хомутов и прочего.

Кроме того, нам понадобится самый дешевый хладагент – фреон и хотя бы простейший блок управления, без которого использование тепловых насосов будет весьма затруднительно, ввиду необходимости синхронизировать работу компрессора с температурой на поверхности испарителя и конденсатора.

Сборка агрегата

Ну а сам процесс сборки выглядит следующим образом:

• Из медной трубы изготавливаем змеевик, габариты которого должны соответствовать поперечному сечению и высоте стального бака.
• Монтируем змеевик в бак, оставляя выпуски медной трубы за его пределами. Далее герметизируем бак и оборудуем впускным (снизу) и выпускным (сверху) штуцером. В итоге, получается первый элемент системы – конденсатор – с готовыми отводами под прямую трубу отопления (верхний штуцер) и обратку (нижний штуцер)
• Монтируем на стене (с помощью кронштейна) компрессор. Соединяем напорный штуцер компрессора с верхним выпуском медной трубы.
• Из медной трубы изготавливаем второй змеевик, габариты которого совпадают с поперечным сечением и высотой полимерного бидона.
• Монтируем змеевик в бидон, установив на его торце  вентилятор, нагнетающий воздух на змеевик. Причем из бидона должны выходить два выпуска. В итоге, вся эта конструкция, представляющая собой испаритель системы, монтируется на фасаде или в вентиляционной шахте.
• Соединяем нижний выпуск бака (конденсатора) с нижним выпуском бидона (испарителя), врезав в этот трубопровод управляющий дроссель.
• Соединяем верхний выпуск бидона с всасывающим патрубком компрессора.

Вот, в принципе, и все. Использующая принцип работы воздушного теплового насоса система уже практически готова. Остается только залить хладагент в компрессор и соединить вентиль дросселя с управляющим блоком.

Воздушное отопление тепловым насосом: расчет мощности установки

Мощность теплового насоса зависит от множества факторов, а именно: от объема хладагента, от площади поверхности змеевиков в испарителе и конденсаторе, от предполагаемого объема теплоотдачи системе отопления и так далее. Поэтому, в большинстве случаев, расчет мощности ведется в специальных программах, которые учитывают и другие вводные данные.

В упрощенной форме эти программы оформляются в виде он-лайн «калькуляторов», с открытыми полями для ввода следующих  параметров:

• Площади помещения и высоты потолков – они используются для расчета объема.
• Региона, где расположено здание – с помощью этого параметра определяется среднегодовая температура воздуха, влияющая на производительность испарителя.
• Степени утепления задания – с помощью этого параметра определяется ожидаемая «калорийность» системы отопления.

На финальной стадии два последних параметра преобразуются в коэффициенты, на которые умножают объем помещения. Полученную в результате подобных манипуляций цифру сравнивают с табличными значениями, увязывающими мощность насоса с отапливаемым объемом.

В итоге получается, что на отопление дома площадью 100 квадратов, как правило, нужен 5-киловаттный тепловой насос, а жилище на 350 квадратных метров можно отопить 28-киловаттным насосом.

Воздушный тепловой насос: нюансы обслуживания агрегата

Обслуживание теплового насоса воздух-вода

Тепловой насос воздух-вода не требует какого-то особого обслуживания, с частичной разборкой/сборкой.

Для поддержания работоспособности системы владельцу придется выполнять лишь следующие манипуляции:

• Периодическую чистку вентилятора и решетки на испарителе от забившегося мусора (листьев, пыли и так ладе).
• Периодическую смазку компрессора, выполняемую согласно предоставленной производителем схеме.
• Замену масла в силовых агрегатах (компрессоре, вентиляторе).
• Периодическую проверку целостности медного трубопровода с хладагентом и силового кабеля, питающего компрессор и вентилятор.

Кроме того, производители рекомендуют следить и за датчиками тепла, контролирующими работу управляющего блока. Их нужно протирать, время от времени, очищая от пыли и масляных пятен.

Тепловой насос воздух-воздух: принцип работы, схема как сделать своими руками

Тепловой насос «воздух-воздух» необходим для нагрева теплоносителя, который установлен в домах с конверторным отоплением. Такой подход с каждым годом пользуется все большим спросом, поскольку домочадцы не мерзнут в своих домах с приходом холодов и пользуются горячей водой в неограниченных количествах.

Характеристики оборудования

Внешне тепловой насос воздух-воздух напоминает блок кондиционера, бывает разных размеров

Тепловой насос «воздух-воздух» для отопления дома относится к оборудованию, принадлежащему сфере альтернативной энергетики. Задача такого теплонасоса – забрать тепло из воздушных масс на улице и им обогреть жилые и нежилые помещения. Для эффективной и бесперебойной работы нужно использовать какой-либо сгораемый вид топлива.

Визуально теплонасос напоминает инверторный кондиционер или сплит-систему, состоящую из внутридомового и наружного блока. Принцип работы больше напоминает холодильник, только с обратным действием.

Принцип действия и устройство

При разработке оборудования в основу легло физическое явление термодинамики – при испарении жидкость охлаждает поверхность, на которой рассеивается.

По такому принципу работают холодильники. Внутренняя полость оснащена трубками, по которым под высоким давлением циркулирует хладагент. Из полости морозильной камеры он поглощает тепло, при этом сам немного нагреваясь. Собранное тепло выделяется в комнату.

Для охлаждения хладагент сжимается в компрессоре. Фреон в каждом рабочем цикле изменяет свое агрегатное состояние из газообразного в жидкое и обратно.

При минусовой температуре в атмосфере содержится тепловая энергия, обогревающая дом

Тепловой насос «воздух-воздух» работает по аналогичному принципу, только тепло поглощает не из закрытой морозильной камеры, а с улицы. Даже если за окном минусовая температура, в атмосфере содержится тепловая энергия.

Оборудование включает в себя следующие сегменты:

• вентилятор и конденсатор для подачи прогретого воздуха в помещение;
• компрессор;
• медные трубки для транспортировки фреона между домом и улицей;
• испаритель с вентилятором принудительного обдува;
• расширительный клапан.

Компрессор, расширительный клапан и испаритель с вентилятором для принудительно обдува входят в состав внешнего блока, остальные детали предназначены для внутренней части.

Преимущества и недостатки

На каждый потребленный кВт энергии устройство выдает 4 – 5 кВт тепла

Воздушные теплонасосы, как и другие любые виды оборудования, имеют достоинства и недостатки.

К числу основных преимуществ относят:

• Универсальность использования. С помощью данного вида оборудования удается обогревать и охлаждать помещения.
• Простота использования. Для эксплуатации системы достаточно установить необходимый температурный режим. Сделать это можно удаленно при помощи дистанционного пульта управления или непосредственно на дисплее.
• Экологичность. Благодаря таким системам у человека есть возможность полностью отказаться от сжигания дров, угля, природного газа и других видов топлива, которые засоряют окружающую среду продуктами горения.
• Приемлемая стоимость. Ценовая политика позволяет приобрести теплонасос практически всем желающим. Можно соорудить ее даже самостоятельно.
• Экономичность. Теплонасосы «воздух-воздух» имеют высокий коэффициент теплоотдачи при минимальных энергетических затратах. Оборудование выдает 4-5 кВт тепла за каждый потребленный 1 кВт электроэнергии.
• Пожаробезопасность. Для продуцирования тепла нет необходимости использовать горючие или пожароопасные составы. Даже нарушения в работе системы не способны повлечь за собой возгорание.

Читайте также:  Клапан на газовую трубу в квартире: нормативы и правила установки

Обладатели сплит-систем выделяют следующие недостатки:

• при отсутствии энергоснабжения система работать не будет, при нестабильной подаче ресурса рекомендуется дополнительно устанавливать генератор;
• в воздухе в течение всего времени работы вентиляторов будет висеть пыль;
• при похолодании наблюдается рост электропотребления;
• эффективность работы системы зависит от температуры на улице;
• незначительный, но все, же шумовой фон.

Тепловые насосы типа «воздух-воздух» эффективны в работе, пока температура воздуха не опускается ниже -10 градусов. Если загородный дом построен в регионе с холодным климатом, дополнительно нужно устанавливать камин или котел.

Управление насосами осуществляется благодаря встроенной автоматике. Уделять особое внимание настройке и работе оборудования не требуется. Важно лишь регулярно и качественно чистить воздушные фильтры и при необходимости их менять.

Отличия от кондиционера

Обогрев насосом обходится дешевле, чем инверторным кондиционером

Визуально тепловой насос и кондиционер похожи, но технические и конструктивные характеристики разные.

Внешний тепловой насос используется для обогрева помещений на протяжении всего года. Кондиционер преимущественно используют для охлаждения помещения в жару.

Основная задача теплонасоса – обогрев, но многие модели способны и охлаждать воздух. Однако по энергоэффективности такие системы существенно уступают кондиционерам.

Кондиционеры тоже могут нагревать воздух в комнатах, но в этом случае они потребляют большое количество электроэнергии, что может в конце месяца «сильно ударить по карману».

Подбор и расчет мощности теплового насоса

Тепловое оборудование «воздух-воздух» будет эффективно, если его правильно подобрать. Необходимо предварительно провести расчет оптимальной мощности оборудования с учетом площади помещения.

При минус 15 – 20 градусах эффективность насоса снижается, нужны дополнительные источники тепла

При проведении расчетов применяется коэффициент энергоэффективности – СОР (соотношение мощности теплового насоса к затраченной энергии). У простых моделей этот показатель достигает не более 5 пунктов, а у дорогостоящих – 8. При понижении температуры воздуха на улице до -15 – -20 градусов этот коэффициент одинаково сильно снизится у всех моделей.

При расчете важно учитывать следующие нюансы:

• общие климатические условия, в которых находится дом;
• количество проживающих в частном доме;
• квадратура комнат;
• инсоляция и теплоизоляция помещений.

Как правило, на каждый 10 м.кв. требуется около 0,7 кВт мощности теплового насоса. Но этот показатель достаточно условен. Например, если высота потолков более 2,7 м или окна и стены не утеплены, для обогрева помещений потребуется больше тепла.

Приобретать оборудование рекомендуется у официальных представителей проверенных производителей или в крупных магазинах бытовой техники, где покупателю предоставят все сертификаты качества.

Принцип действия теплового насоса системы воздух-воздух, преимущества и недостатки решения

11 марта 2019

Тепловые насосы воздух-воздух чаще всего применяются там, где невозможно оборудовать контур теплообменника под землей.

Причиной этого могут быть финансовые ограничения, отсутствие грунтовых вод или свободного места на участке для горизонтального монтажа системы, наличие твердых пластов на малой глубине и другие обстоятельства.

В этих случаях тепловой насос системы воздух-воздух – единственная разумная альтернатива. Решение подойдет тем людям, кто хочет построить экологически чистую отопительную конструкцию, но располагает небольшой суммой для реализации проекта.

Как работает тепловой насос воздух-воздух

В основе работы системы лежит тот же принцип, который применяется и в геотермальных насосных агрегатах. Главное отличие состоит в том, что тепло отбирается не из почвы или водной среды, а из внешнего воздушного пространства. При этом строение отапливается посредством нагрева воздуха внутри помещений.

Тепловой насос для отопления дома воздух-воздух имеет сравнительно простую конструкцию. Для его использования не нужно бурить скважины и прокладывать контур под землей. В конструкцию агрегата входят внутренний и внешний блоки. Наружная часть системы называется испарительной и монтируется так, чтобы примыкать к зданию с улицы.

Принцип работы агрегата достаточно прост. Внешний блок извлекает тепло из окружающих воздушных масс, которое затем разогревает хладагент. Тот начинает закипать и преобразовываться в газ.

После этого компрессор выполняет сжатие субстанции, увеличивая ее температуру. Тепло направляется внутрь конденсатора, расположенного в здании. Схема работает перманентно и контролируется автоматикой.

Процесс останавливается только тогда, когда системе удается обеспечить заданный температурный режим в помещении.

При возникновении вопросов по работе оборудования можно обратиться за разъяснением к работникам, монтирующим систему. Они подробнее расскажут, как работает тепловой насос, просветят насчет правил эксплуатации техники.

Преимущества использования

Высокий КПД теплового насоса воздух-воздух достигается при создании наименьшей разницы между температурой воздуха, из которого забирается тепло, и температурой в системе отопления. Выполнить это условие проще всего в зоне с умеренным климатом и мягкими зимами. В северных широтах с низкими температурами эффективность такого оборудования снижается.

Решение имеет многочисленные преимущества. Плюсы обогрева дома тепловыми насосами воздух-воздух:

• простая конструкция системы, удобная установка и эксплуатация. Не нужно бурить скважины, заниматься прокладкой коммуникаций, выделять отдельное помещение для оборудования;
• подходит для любого климата;
• оборудованиt можно монтировать в построенном здании с действующей стандартной отопительной системой. Решение обеспечивает экономию денежных средств на прокладке дополнительных коммуникаций. Монтаж требует внесения незначительных корректив в существующую конструкцию;
• установка обходится дешевле, если сравнивать решение с другими разновидностями теплонасосов;
• долгий срок службы;
• небольшой срок окупаемости;
• уровень энергопотребления ниже средних значений;
• оборудование функционирует в автономном режиме, имеет компактные габариты, не создает шумового загрязнения;
• схема теплового насоса воздух-воздух позволяет использовать его летом для охлаждения пространства. При наличии высокоэффективных воздушных фильтров внутри дома легко обеспечивается комфортный микроклимат.

Как производится расчет мощности оборудования

Небольшой объем тепла присутствует в воздушном пространстве даже тогда, когда температура опустилась до -20 градусов по Цельсию. Важно, что оно пригодно для отопления дома с помощью автономной конструкции.

Для расчета требуемых параметров обычно используется специальное программное обеспечение. Можно воспользоваться онлайн-системами, которые имеют поля для указания числовых значений. В них можно указать площадь помещения и высоту потолков.

Иногда допускается задание диапазона температур, характерного для региона.

Теплонасос способен функционировать и при сильных морозах, но работать он будет при этом с меньшей отдачей. Благоприятным для системы является температурный диапазон от -10 до +10 градусов по Цельсию. Чтобы не ошибиться при выборе насоса, стоит учесть факторы:

• объем хладагента;
• общая площадь поверхности змеевиков во внешнем и внутреннем блоках;
• планируемый объем отдачи тепла.

Так как система имеет сравнительно простую конструкцию, установить ее сможет даже мастер с небольшим опытом обращения с техникой. Но расчеты желательно доверить специалистам. Как минимум, у них следует получить консультацию.

Эксперты помогут определить нужные коэффициенты, произведут расчет теплового насоса воздух-воздух с учетом всех факторов. В средней полосе России для дома площадью 100 квадратных метров хватит агрегата мощностью 5 киловатт.

Минусы теплонасоса системы воздух-воздух

Есть у представленной системы и свои недочеты. Кроются они, как и достоинства, в самом принципе действия теплового насоса воздух-воздух. Главным минусом является зависимость уровня производительности от погодных факторов.

Уже при -20 градусах по Цельсию коэффициент энергетической эффективности снижается до единицы. При нуле за окном этот показатель составляет 2-2,5 единицы. Это означает, что 1 кВт потраченной энергии обеспечивает 2-2,5 кВт тепла.

Если воздух прогрет до положительных значений, коэффициент энергоэффективности вырастает до 3-4 единиц.

При -25°С такие теплонасосы малоэффективны. Поэтому при принятии решения о покупке соответствующего оборудования стоит тщательно оценить этот фактор. В некоторых случаях целесообразно использовать такие системы в качестве дополнительного источника тепла, когда погодные условия обеспечивают их эффективную эксплуатацию.

Принцип работы теплового насоса воздух-воздух, устройство и особенности

Принцип работы теплового насоса воздух-воздух не сильно отличается от водяных и грунтовых теплонасосов. Тем не менее, он имеет свои особенности. Для полного понимания, стоит рассмотреть его подробно.

Воздушный тепловой насос – самый дешевый и простой в монтаже среди всех видов такой техники. В этой статье мы рассмотрим как работает воздушный тепловой насос на тепло. Но не стоит забывать, что он может охлаждать помещение — в таком режиме его цикл повторяется в обратном порядке.

Принцип работы кратко

Тепловой насос (ТН) этого типа получает тепловую энергию из воздуха и передает ее в воздух. То есть, он охлаждает окружающую среду и нагревает помещение. По сути, он работает как кондиционер, включенный на обогрев.

Но есть одно отличие – кондиционеры малоэффективны при низких температурах, а некоторые модели ТН могут давать тепло, даже если «за бортом» -20 мороза.

Поэтому воздушный тепловой насос целесообразно использовать для отопления частного дома.

Схема максимально упрощенная, но показывает принцип работы теплового насоса воздух-воздух в общих чертах.

Полный цикл воздух-воздух

Для переноса тепла в теплонасосах используют хладагент (фреон) R407c, R410a, R22 или другие. Ниже приводим полный цикл его циркуляции для получения тепла:

• Охлажденный хладагент попадает в компрессор, где его сжимает до жидкого состояния и он нагревается за счет изменения давления.
• Попав в конденсатор, фреон отдает тепло в воздух через внутренний блок, охлаждается и его давление падает.
• Расширительный вентиль снижает его давление до минимума и температура падает еще ниже.
• Фреон переходит в газообразное состояние за счет уменьшения давления.
• Хладагент попадает в испаритель, где нагревается от воздуха вне помещения.
• Цикл повторяется снова.

Читайте также:  Тэны для отопления: виды, принцип действия, правила выбора

Установка наружного блока теплового насоса правильно и с умом

В большинстве моделей хладагент сжимается настолько, что частично или полностью сжижается. В таком случае при испарении он сильнее охлаждается и может отобрать у наружного воздуха больше тепла. Но при этом потребление энергии будет выше.

Эффективность теплового насоса

Насколько хорошо будет работать теплонасос, зависит от трех факторов – температуры воздуха, фреона и компрессора. Чем теплее на улице, тем выше КПД насоса. Чем мощнее компрессор, тем большую температуру может он выдать, но и затраты электроэнергии будут выше.

Температура, при которой кипит хладагент, играет большую роль. Чем она ниже, тем проще получить тепло из окружающей среды и отдать его в помещение. Приводим температуры кипения самых распространенных фреонов:

• R22: -25;
• R404a: -30;
• R407c: -21;
• R410a: -37.

Если на улице холоднее, чем температура кипения фреона, он просто не будет испаряться и тепловой насос не сможет работать.

В среднем КПД теплового насоса воздух-воздух не превышает 400%. Если ТН для работы нужно затратить больше энергии, чем он сможет отдать в виде тепла, он просто не будет работать. Максимум тоже нельзя назвать – чем теплее снаружи, тем выше КПД. У каждой модели и марки этот показатель свой.

Что касается окупаемости — в каждом случае это индивидуально. На нее влияет температурный режим, стоимость монтажных работ, общее время работы за сезон.

Принцип работы АБХМ — поясняем просто и понятно

Тепловой насос или кондиционер?

Принцип работы теплового насоса воздух-воздух такой же, как у кондиционера. Оба эти устройства работают за счет компрессора, сжимающего фреон. Основное отличие – его мощность. Тепловой насос рассчитан на работу при больших перепадах температуры внутри и снаружи помещения.

COP и EER кондиционера хуже, чем у теплового насоса. В нем установлен менее мощный компрессор, стенки фреоновых трубок, испарителя и конденсатора меньше. За счет этого стоимость одинаковых по мощности кондиционера и теплового насоса существенно отличается.

Режимы работы

Почти все тепловые насосы могут работать «на холод». Принцип работы при этом такой же, но все происходит в обратном порядке. Он просто нагреет воздух снаружи дома и охладит его внутри. Большое премущество такого типа тепловых насосов — нет затрат на монтаж и обслуживание системы отопления, нагретый воздух можно использовать с помощью систем вентиляции, фанкойлов и т.д.

На наружном блоке со временем соберется и намерзнет влага. Она мешает обмену тепла и для этого теплонасос время от времени размораживает ее. У каждой модели свои настройки такого режима, некоторые делают это с помощью ТЭНов, некоторые – за счет коротких включений режима охлаждения.

Современные воздушные тепловые насосы работают как инверторные кондиционеры, что повышает коэффициент энергоэффективности. Они не работают в режиме включен-выключен, а регулируют мощность работы в зависимости от потребностей.

Тепловые насосы российского производстваКогда наружный блок обмерзает, его нужно размораживать чтобы не терять КПД теплового насоса.

Надеемся что статья была вам полезна. Свои вопросы и мнение вы можете оставить в комментариях. Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

Принцип работы теплового насоса воздух-воздух: особенности работы

Одной из разновидностей тепловых насосов, имеющих простую конструкцию, является тепловой насос воздух-воздух. Принцип работы насоса схож с принципом действия геотермального теплового насоса. Разница заключается в том, что отбор тепла происходит не из грунта или воды, а из наружных воздушных масс. Соответственно, отопление здания происходит путём нагрева воздуха в помещениях.

Можно сказать, что тепловой насос воздух-воздух – это кондиционер наоборот. В этом и заключается основное достоинство теплового насоса воздух-воздух – для его установки и эксплуатации не требуется бурение скважин и прокладка подземного контура.

Если в силу ряда причин нет возможности проложить контур подземного теплообменника для отбора тепла (отсутствует финансовая возможность, не хватает места на участке для горизонтальной укладки, отсутствуют грунтовые воды под участком или нет озера рядом с ним, наличие гранитного пласта на небольших глубинах) – тепловой насос типа воздух-воздух будет наиболее приемлемым вариантом решения экономного и экологически чистого отопления.

Устройство и принцип работы теплового насоса воздух-воздух

Тепловой насос типа воздух-воздух состоит из наружного и внутреннего блоков. Наружный, он же испарительный блок, размещается снаружи здания. Именно с его помощью из наружного воздуха извлекается тепло. Это тепло нагревает хладагент, который вскипает, переходя в газообразное состояние. Затем компрессор сжимает этот газ, значительно повышая его температуру. Тепло сжатого газа передаётся в конденсатор (внутренний блок), который находится внутри помещения. Конденсатор отдаёт тепло воздуху внутри помещения. Этот процесс происходит непрерывно и контролируется автоматически до тех пор, пока не будет достигнута заданная температура в помещении.

Если есть необходимость в обогреве нескольких помещений или одного большого, то в этом случае используются различные системы распределения и подачи тёплого воздуха.

В силу того, что тепловые насосы данного типа нагревают лишь воздух в помещениях (происходит прямой нагрев воздуха), то такие теплонасосы можно использовать только для отопления. То есть, для подогрева воды в ванной или кухне необходимо предусмотреть иные решения.

Плюсы использования

Положительным моментом теплового насоса типа воздух-воздух, по сравнению с насосом воздух-вода, является низкая температура воздуха, которая проходит через теплообменник конденсатора.

Проще говоря, если для теплонасосов типа воздух-вода для качественного отопления требуется нагрев теплоносителя (воды) до достаточно высоких температур, то в случае использования теплового насоса воздух-воздух требуемая температура нагрева воздуха значительно ниже.

Тем более что коэффициент эффективности теплового насоса тем выше, чем меньше разница между температурой источника тепла и температурой в отопительной системе.

Основные преимущества теплового насоса типа воздух-воздух:

• простота конструкции, монтажа и эксплуатации – для установки таких теплонасосов нет необходимости в буровых работах, прокладывании сложных коммуникаций, отведении специальных помещений и прочее;
• возможность установки практически в любой климатической зоне;
• теплонасосы такого типа можно установить в уже построенном доме с имеющейся традиционной системой отопления, тем самым достигнув значительной экономии средств на отоплении. Установка потребует минимального изменения и вмешательства в существующий дизайн;
• имеют наименьшую стоимость и наименьший срок окупаемости, по сравнению с другими типами теплонасосов;
• низкое энергопотребление;
• автономность, компактность и бесшумность работы;
• в летнее время тепловые насосы типа воздух-воздух можно переключать на режим охлаждения, а наличие высокоэффективных воздушных фильтров поможет создать в помещениях требуемый микроклимат.

Недостатки теплового насоса воздух-воздух

К сожалению, тепловые насосы типа воздух-воздух имеют и свои недостатки. К одним из них относится зависимость величины производительности от колебаний температуры наружного воздуха.

При температуре наружного воздуха 0°С коэффициент энергоэффективности теплонасоса падает до уровня 2-2,5, то есть на 1 кВт затраченной энергии, будет произведено 2-2,5 кВт тепла.

Для сравнения, при более высокой температуре эти теплонасосы имеют коэффициент энергоэффективности 3-4. А при падении температуры до -20°С коэффициент энергоэффективности падает до 1.

То есть, появляется необходимость производить обогрев помещения другими средствами.

Хотя, на сегодняшний момент есть производители с всемирно известными именами, которые предлагают тепловые насосы воздух-воздух, способные эффективно работать при температуре до -25°С.

Отопление тепловым насосом воздух воздух: что выбрать, плюсы и минусы, расчет

Одним из наиболее простых и доступных видов тепловых насосов является система «воздух-воздух», относительно недорогая и простая в установке и эксплуатации.

Устройства такого типа получили широкое распространение благодаря своей универсальности и большим возможностям, ценовой доступности. Эффективность и надежность систем «воздух-воздух» заслуживают подробного изучения.

 Работу теплового насоса «вода-вода» мы рассмотрели в этой статье, а «воздух-вода» в этой.

Тепловой насос «воздух-воздух» для дома

Системы «воздух-воздух» наиболее известны широкому пользователю как кондиционеры (точнее, сплит-системы). Несмотря на обилие названий, речь идет об одном и том же устройстве, в основе конструкции которого лежит использование цикла Карно.

Он описывает процессы, проходящие при последовательном испарении жидкости, сильном сжатии полученного газа, конденсировании и повторного образования жидкости. Во время сжатия температура газа сильно повышается, а при испарении жидкости — понижается.

Эти два явления используются в холодильниках, кондиционерах и тепловых насосах, только в двух первых случаях полезным продуктом служит холод, а в последнем — тепло.

Принципы работы

Основу конструкции ТН «воздух-воздух» составляет замкнутый контур, заполненный хладагентом (фреоном). Этот контур состоит из двух частей, испарителя и конденсатора.

В испарителе жидкий фреон переходит в газообразное состояние, активно отбирая у окружающей среды тепловую энергию. Полученный газ подается в компрессор, где сильно сжимается, отчего его температура повышается. Из компрессора горячий газ переходит в конденсатор, где переходит в жидкую фазу.

После этого фреон пропускается через понижающий клапан и поступает в испаритель, и весь цикл повторяется снова.

Испаритель и конденсатор параллельно выполняют функцию теплообменников. На испаритель подается воздушный поток, взятый снаружи. Тепловая энергия при этом передается холодному газообразному фреону, позволяя ему высвободить ее при сжатии. На конденсатор также подается поток воздуха, но уже изнутри помещения. Обдувая горячий теплообменник, воздух набирает температуру и обогревает помещение.

Таким образом, для работы теплового насоса типа «воздух-воздух» требуется только замкнутый контур с фреоном и два вентилятора, что значительно упрощает и удешевляет конструкцию в сравнении с другими разновидностями тепловых насосов. Если надо охлаждать помещение, то внутрь подается воздух из испарителя, а поток с конденсатора выводится наружу.

Достоинства и недостатки

К достоинствам воздушных тепловых насосов можно отнести:

• универсальность. Система может охлаждать или нагревать помещение без каких-либо изменений или сложной перенастройки
• экологическая чистота. Для работы системы не требуется углеводородного топлива, не используются опасные для окружающей среды вещества
• простота конструкции. Установка приобретенного теплового насоса не составляет никакого труда
• возможность самостоятельного изготовления
• эффективность. Воздушное отопление быстро нагревает помещение и обладает низкой инерцией, что позволяет при необходимости быстро его охладить
• экономичность. Расходы на электропитание компрессора и вентиляторов многократно окупаются
• низкие цены. В сравнении с другими типами тепловых насосов, этот вариант самый дешевый
• пожарная безопасность

Читайте также:  Почему коптит газовая плита с баллоном пропана: причины неисправности и пути их устранения

Имеются и недостатки:

• необходимость использования электроэнергии, причем, перебоев питания система не переносит
• результат работы напрямую связан с внешней температурой воздуха, что снижает устойчивость и вынуждает постоянно регулировать режим работы
• постоянное присутствие мелкой пыли и взвеси из-за активной конвекции воздуха
• небольшой, но заметный звуковой фон при работе системы

Тепловые насосы «воздух-воздух» работают до тех пор, пока наружная температура не опустится ниже -20°С (по другим данным, до -10°С — в зависимости от конкретной модели).

После этого приходится переходить на другую систему отопления, которую обязательно надо иметь для подобных ситуаций.

В условиях России такая зависимость значительно снижает интерес пользователей, поскольку зимние температуры в некоторых регионах намного ниже.

Расчет мощности установки

Выполнять расчет теплового насоса самостоятельно не рекомендуется. Надо использовать массу специальных данных, коэффициентов и прочих значений, пользоваться которыми в состоянии только специалисты. Если требуется рассчитать систему, надо обращаться к профессионалам. Они имеют опыт и знания, которые необходимы в этом деле.

Что купить? Топ-5 лучших производителей насосов

Выбор теплового насоса типа «воздух-воздух» производится на основе учета площади дома, высоты потолков, материала и прочих параметров. Основным значением, на основании которого производится выбор, является отапливаемая площадь, поскольку от ее величины зависит мощность теплового насоса. Остальные показатели являются уточняющими, их надо учитывать при выборе, чтобы не допускать ошибок.

Рекомендовать конкретные модели можно только для определенного дома. Для того, чтобы сориентировать пользователя, можно лишь посоветовать наиболее надежных производителей. Рассмотрим самые популярные фирмы, занимающиеся изготовлением тепловых насосов типа «воздух-воздух»:

Mitsubishi Electric

Компания является признанным лидером среди производителей воздушных тепловых насосов

Fujitsu General LTD

Особенно выделяется серия GENERAL NORDIC, состоящая из широкого ряда моделей тепловых насосов для помещений разной величины

NIBE

Шведская фирма, занимающая прочные позиции на европейском рынке производителей тепловых насосов. Отличается удачным сочетанием качества и стоимости оборудования

Danfoss

Фирма из Дании, страны, где использование воздушных теплонасосов распространено весьма широко

Vitocal

Немецкая фирма, поддерживающая традиции качества, точности и надежности оборудования

Рассмотрены наиболее солидные компании, чья продукция не нуждается в специальной рекламе. При этом, количество производителей очень велико. Для покупателей, ограниченных в финансовых возможностях, могут быть полезны изделия китайских или тайваньских компаний. Немалую долю на рынке занимает продукция российских фирм, устанавливающих более доступные цены, чем европейские компании.

Цены на рекомендуемое оборудование

Цены на тепловые насосы типа «воздух-воздух» могут быть разными. Это зависит от производителя, мощности комплекта, наличия дополнительных опций и т.д. Можно приобрести китайский теплонасос по цене от 60 000 руб., продукция европейских компаний стоит дороже — цены стартуют от 120 000 руб.

Порядок цен гораздо ниже, чем на теплонасосы других типов, но и такие цены доступны далеко не всем.

Стоимость установки

Монтаж воздушного теплового насоса не представляет особой сложности, поэтому большинство пользователей производят его самостоятельно.

Обращаться в специальный сервисный центр приходится только в случае приобретения дорогих моделей от известных европейских производителей, которые отказывают в гарантийном обслуживании, если установку производили не их специалисты.

В таких ситуациях за установку приходится заплатить довольно заметные суммы, хотя расценки у всех разные и во многом зависят от региона. В остальных случаях монтаж производят самостоятельно, что практически не требует расходов.

Как сделать тепловой насос «воздух-воздух» своими руками

Высокие цены на приобретение и сервисное обслуживание тепловых насосов побуждают пользователей изготавливать устройства с нужными параметрами своими руками. Для этого надо обладать определенными навыками и знаниями, но для людей подготовленных такая задача не составляет значительных затруднений.

Порядок действий состоит из трех этапов:

• подготовка, приобретение всех материалов, деталей или готовых узлов конструкции
• сборка теплового насоса
• запуск, настройка

Создание рабочего чертежа

Первый этап требуется для того, чтобы обзавестись всеми необходимыми материалами, но основная задача — создание рабочего чертежа.

Необходимо тщательно продумать конструкцию и способы соединения всех узлов и деталей, предусмотреть удобство обслуживания и ремонта, другие рабочие моменты.

Опытные мастера рекомендуют приступать к работе только после прояснения всех неясных моментов, чтобы не действовать наобум.

Сборка насоса

Второй этап — собственно создание теплового насоса. Его конструкция состоит из двух теплообменников практически одинаковой конструкции, разница только в размерах змеевиков.

Для создания змеевиков используется медная трубка, которую наматывают на трубу или любую оправку цилиндрической формы. Змеевики устанавливаются в кожухи, которые продуваются вентиляторами.

Получается два теплообменника, действующих по принципу калорифера.

• Один из них (испаритель) обдувается наружным воздухом, отдающим тепловую энергию.
• Второй — конденсатор, по нему проходит горячий фреон.

При обдуве потоком воздуха создается теплый поток, поступающий в жилые помещения.

Между выходным патрубком испарителя и входным штуцером конденсатора устанавливается компрессор. Выход конденсатора и вход испарителя соединяются дросселем, обеспечивающим падение давления на испарителе. Если нет опыта создания холодильных систем, в этом вопросе следует обратиться к профессионалу.

Монтаж таких систем требует обладания опытом и навыками, чтобы не пропустить важные моменты, обеспечивающие устойчивую и бесперебойную работу системы. Понадобится установка запорных вентилей, клапанов и прочих элементов, которые необходимы для заправки системы фреоном, ревизии, обслуживания и прочих работ.

Запуск

Третий этап состоит из пробного запуска, проверки работоспособности и настройки системы.

Рекомендуется установить блок управления (подойдет блок от кондиционера), позволяющий регулировать работу системы во время эксплуатации.

Все элементы теплового насоса следует спрятать в кожухи или корпуса, защищающие систему от механических повреждений и, в особенности, от обледенения.

Корпус наружного блока рекомендуется утеплить и оборудовать системой оттаивания, так как конденсат, накапливающийся на змеевике испарителя, отсекает воздушный поток и снижает эффективность обдува.

Обслуживание

Обслуживание системы необходимо производить регулярно. Требуется очистка от пыли, осмотр соединений, в особенности — стыков трубок, фитингов и прочих элементов. Необходимо следить за состоянием вентиляторов, вовремя смазывать их и очищать лопасти от пыли, чтобы поток воздуха не уносил в жилое помещение мелкую взвесь из твердых частиц и пыли.

Видео о монтаже

Тепловой насос воздух воздух, эффективен ли он

Тепловые насосы это инженерные системы, предназначенные для переноса тепловой энергии из места с низкой температурой окружающей среды к месту с более высокой температурой. Согласно ISO 5151 на 1кВт потребляемого электричества производит 5,0 кВт тепловой энергии.

Рабочей средой для получения энергии может служить наружный воздух, грунт ниже точки промерзания или вода в водоемах. При этом получение тепла происходит без сжигания горючих видов топлива. Среди различных энергосберегающих технологий, это оборудование наиболее технологичное и эффективное.

Виды тепловых насосов

По принципиальному построению схемы передачи тепла тепловые насосы подразделяют на системы:

• воздух-воздух;
• воздух-вода;
• земля-вода;
• вода-вода.

Первое слово в этих сочетаниях означает внешнюю среду, от которой забирается энергия. Второе слово это вид теплоносителя, с помощью которого обеспечивается обогрев помещений.

Использование геотермальных и гидротермальных установок менее выгодно.

Дело в том, что получение тепловой энергии от грунта или воды в водоемах требует увеличения затрат, на бурение скважины, обеспечение защиты опускаемой части системы от воздействия коррозии и заиливания.

Отбор тепла из окружающего воздуха делает работу тепловых насосов более выгодной и обоснованной экономически, за счет быстрой окупаемости капитальных затрат. При этом срок эксплуатации оборудования в несколько раз больше.

Использование для отопления и охлаждения

Это достаточно интересное оборудование, заменяющее собой и обогреватель и кондиционер. Это позволяет экономить не только на отоплении зимой, но и на оборудовании для поддержания комфортной температуры летом.

Принцип работы

Технология отбора энергии из холодной среды, и передачи в более теплое место, основан на физическом свойстве жидкости отбирать тепло в процессе испарения, и отдавать его при конденсации паров.

Если коротко! На этом же принципе основана работа любого холодильника и бытовых кондиционеров. Холодильник вырабатывает холод, при этом его стенки горячие. Здесь же процесс происходит наоборот.

Технологическая схема воздушного теплового насоса состоит из следующих элементов:

• компрессор с электроприводом;
• испаритель;
• расширительный (дроссельный) клапан;
• конденсатор с вентилятором обдува;
• медные трубки для циркуляции хладагента (легкокипящей жидкости) между основными элементами схемы.

Испаритель представляет собой теплообменный радиатор и устанавливается на улице. В одном блоке с ним смонтирован компрессор и расширительный клапан. Конденсатор с вентилятором обдува находится в обогреваемом помещении. Для уменьшения нерациональных потерь энергии трубки циркуляционного контура покрыты слоем тепловой изоляции, чаще всего из вспененного полиэтилена или искусственного каучука.

В качестве хладагента используется легкокипящий фреон, не замерзающий при низкких температурах.

Рабочий процесс в тепловом насосе воздух-воздух складывается из 4-х последовательных циклов:

Хладагент, в жидком состоянии с температурой ниже, чем у наружного воздуха, находится в установленном на улице испарителе. Попадая на стенки трубок, он испаряется и переходит в газообразное состояние. При этом температура фреона возрастает.

Подогретый газ поступает в компрессор, который значительно повышает давление рабочей среды. Это приводит к дальнейшему росту температуры рабочей среды.

В сжатом и разогретом состоянии пары хладагента подаются на стенки трубок конденсатора обдуваемого конденсатора, где происходит его переход из газообразного в жидкое состояние с одновременным охлаждением и образованием смеси пара и жидкости.

Охлажденная смесь поступает в расширительный клапан, который пропускает только холодный жидкий фреон к испарителю и весь цикл повторяется снова.

Для того, чтобы повысить эффективность теплообмена в испарителе и конденсаторе их рабочую поверхность делают максимальной, на трубки устанавливают дополнительное оребрение и активно обдувают воздухом.