Рассматриваем тепловой насос воздух-воздух

Рекомендации и правила монтажа ТН воздух-вода

Теплонасосы воздух-вода устанавливаются в любом месте придомовой территории. Существуют общие правила относительно монтажа:

• Расстояние до жилого дома от 2 до 20 м.

Минимальное расстояние до котельной, с которой агрегат соединяется несколькими трубами и электрическими кабелями.

В котельной располагают накопительную емкость, устанавливают циркуляционное оборудование.

Создается незначительный уровень шума при работе. Тем не менее, если планируется установить моноблок для внутреннего монтажа, для него стоит выделить отдельное звукоизолированное помещение.

Наружный блок выглядит как корпус кондиционера. Внизу расположены ножки для установки, а также настенные крепления.

В системе большинства моделей предусмотрена функция предотвращение замерзания. Поэтому, наружный блок не нуждается в утеплении.

Одно из наиболее распространенных решений, относительно эксплуатации теплового насоса, это использование системы для нагрева бассейнов. С помощью оборудования, осуществляется подогрев воды в летний период, а также отопление помещения зимой.

На сколько выгоден тепловой насос системы воздух-вода

Выгода использования тепловых насосов отопления воздух-вода, стала особенно очевидной, после появления СОР. Под этим термином скрывается коэффициент, сравнивающий необходимые затраты на электроэнергию, при отоплении тепловым насосом типа воздух-вода. На практике это означает следующее:

• Для работы ТН требуется электричество. Напряжение нужно компрессору, нагоняющему давление в систему. СОР указывает, какое количество тепла было получено, благодаря потреблению электроэнергии в сутки.

Если СОР равен 3, значит, насос вырабатывает 3 кВт тепловой энергии на каждый кВт затраченного электричества.

Все, казалось бы, просто, если бы, не одно, но! Существует температурная зависимость насоса воздух-вода. При снижении температуры, теплоотдача существенно падает. Эффективность работы зимой снижается. Именно по этой причине, отзывы реальных владельцев о тепловых насосах системы воздух-вода с средней полосы России вразрез отличаются от тех же комментариев жителей северных широт.

Все недостатки эксплуатации теплонасосов воздух-вода, в основном сводятся именно к зависимости от внешних температурных факторов

Но это можно учесть при выборе модели, обращая внимание на параметр, указывающий нижний предел температуры для сохранения ТН работоспособности

Перед решением о покупке, стоит прочитать несколько отзывов, показывающих преимущества и недостатки тепловых насосов, а также возможности и сферу применения оборудования.

Виды тепловых насосов

Для того чтобы полностью понимать, что это такое тепловой насос, можно ознакомиться с видами таких установок. По виду передачи энергии все устройства разделяются на две большие группы:

1. Компрессионные, стандартные установки с неизменным набором оборудования.
2. Абсорбционные. Устройства нового поколения, в которых рабочим телом является пара абсорбент-хладон.

Многие потребители знают градацию устройств по источнику тепла. Они бывают:

1. Геотермальные, к которым относится водяной и грунтовый насос.
2. Воздушные, добывающие тепло из атмосферы.
3. Работающие от вторичных источников тепла на основе канализационных стоков, воздуха или воды.

Воздушный тепловой насос

Самой простой в монтаже разновидностью является воздушный тепловой насос для отопления дома. Стоимость установки такой системы значительно ниже, чем водяного и грунтового аналога. Система «выкачивает» тепло из атмосферы, поэтому эффективно отапливает дом в холодные месяцы и способна охлаждать его в жару. Самым большим недостатком разновидности является стабильная работа только при температурах воздуха не ниже -20℃. Падение столбика термометра ниже указанных показателей приведет к неполадкам в работе и выходу оборудования из строя.

Водяной тепловой насос

Сравнительно редко используется водяной тепловой насос для дома. Он использует тепло от грунтовых вод или близко расположенного водоема. Система обладает высокой эффективностью и стабильностью, ведь у воды высокая теплоотдача и незначительные колебания температуры в течение года. Однако, для установки системы такого типа необходимо соблюдение следующих условий:

1. Наличие на участке достаточного объема грунтовых вод, глубина залегания которых не превышает 30-40 м и расположения вблизи водоема.
2. Приемлемое качество воды с низким содержанием железа и других примесей, чтобы оборудование быстро не вышло из строя.

Грунтовой тепловой насос

Для подогрева хладагента в испарителе геотермальный тепловой насос получает тепло из грунта. Температура земли ниже уровня промерзания грунта практически неизменна круглый год, поэтому работа прибора не зависит от внешних погодных условий. В такой системе трубы со специальным антифризом располагаются в грунте вблизи отапливаемого объекта. Существует две схемы размещения труб:

1. Горизонтальный коллектор. При таком способе трубы закапываются ниже уровня промерзания грунта горизонтально на большой площади.
2. Геотермальный зонд. При такой схеме трубы устанавливаются вертикально, погружаясь в землю на 100-200 м. Способ затратен на этапе бурения скважин.

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.

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.

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.

Как обогреть дом с помощью воздуха?

Использовать тепло окружающего воздуха для обогрева помещений пытались давно, но наиболее эффективно удалось применить на практике эту идею, именно благодаря открытиям ученых в области термодинамики и изучению свойств жидкостей и газов. Именно благодаря этим открытиям был изобретен тепловой насос, и в частности его разновидность – система «воздух-воздух».

При работе устройства используется электрическая энергия, которая необходима для функционирования компрессора, аппаратов контроля и защиты, а также прочих устройств. Наличие устройств обусловлено моделью аппарата.

В тепловых насосах типа «воздух-воздух», кроме средств управления и автоматики устанавливаемых на прочих типах устройств, устанавливается клапан обратимости, позволяющий устройству работать насосу в режиме обогрева или кондиционирования по желанию владельца.

При принятии решения выполнить отопление дома с помощью данного устройства, необходимо определить критерии, которыми следует руководствоваться при выборе конкретного аппарата.

При выборе устройства следует учитывать:

1. Отопительную мощность агрегата.

Данная величина показывает какое количество тепловой энергии данный аппарат производит в единицу времени.

1. Охладительная мощность агрегата.

Данная величина показывает в каком объеме помещений аппарат способен обеспечить кондиционирование воздуха.

1. Потребляемая электрическая мощность агрегата.

Данная величина определяет какое количество электрической энергии использует аппарат за единицу времени.

Кроме этого, в связи с тем, что тепловой насос типа «воздух-воздух» состоит из наружного и внутреннего блоков, то к этим частям устройства предъявляются отдельные требования, которые характеризуют их характеристики, как то:

• Для наружного блока:
• Габаритные размеры и масса элемента системы – определяют способ и место монтажа.
• Уровень шума – характеристика также определяющая место и способ монтажа.
• Температура окружающего воздуха – задает параметры работы той или иной модели и способность работать в разных регионах страны.
• Максимальная длина соединительных трубопроводов – определяет место монтажа данного блока.
• Допустимый перепад между высотными отметками наружного и внутреннего блоков.
• Возможность подключения нескольких блоков в общую систему.
• Для внутреннего блока:
• Габаритные размеры и масса блока.
• Скорость вращения вентилятора.
• Уровень шума блока.
• Производительность установки.
• Электрические характеристики (мощность, напряжение).
• Вид и материал теплоизоляции.
• Характеристики установленных воздушных фильтров.

Изучив критерии выбора и решив установить тепловой насос в качестве источника тепла, можно приступать к выбору конкретной модели.

Распределение тепла по комнатам

В каждое помещение нужно свое количество тепла. Например, в угловые комнаты его всегда требуется больше, потому что у них две холодные стены. Задачу распределения мы решили при помощи задвижек. 

В остальных местах подача регулируется клапанами на решетках. Они стоят не только в потолке, но и в полу

Для равномерного прогрева и комфорта это очень важно — все знают о том, что теплый воздух поднимается вверх. Аналогично устроен и забор воздуха для отвода из помещений — он производится и от потолка, и от пола. . О том, как отводится воздух из санузлов, уже упоминалось: на улицу через рекуператор, поэтому распространения запахов по дому не происходит. 

О том, как отводится воздух из санузлов, уже упоминалось: на улицу через рекуператор, поэтому распространения запахов по дому не происходит. 

Принцип работы теплового насоса воздух-воздух

Общий принцип работы ТН во многом напоминает тот, что используется в кондиционере, в режиме «обогрев помещения», с единственным отличием. Теплонасос «заточен» на отопление, а кондиционер на охлаждение комнат. Во время работы используется низкопотенциальная энергия воздуха. В результате расход электроэнергии сократился более чем в 3 раза.Принцип действия тепловой насосной установки воздух-воздух, если не вдаваться в технические подробности, следующий:

• Воздух, даже при отрицательной температуре, сохраняет определенное количество тепловой энергии. Это происходит до тех пор, пока температурные показатели не достигнут абсолютного нуля. Большинство моделей ТН способны извлекать тепло при достижении температуры -15°С. Несколько известных производителей выпустило станции, сохраняющие работоспособность при -25°С и даже -32°С.
• Забор низкопотенциального тепла происходит благодаря испарению фреона, циркулирующего по внутреннему контуру ТН. Для этого используется испаритель – блок, в котором создаются оптимальные условия для преобразования хладагента из жидкого в газообразное состояние. При этом, согласно физическим законам, поглощается большое количество тепла.
• Следующим блоком, расположенным в системе теплоснабжения воздух-воздух, является компрессор. Именно сюда подается хладагент в газообразном состоянии. В камере нагнетается давление, что приводит к резкому и существенному нагреву фреона. Через форсунку, хладагент впрыскивается в конденсатор. Компрессор для теплового насоса имеет спиралевидное исполнение, что облегчает запуск при низких температурах.
• Во внутреннем блоке, располагающемся непосредственно в помещении, находится конденсатор, выполняющий одновременно функцию теплообменника. Газообразный разогретый фреон, целенаправленно конденсируется на стенках модуля, отдавая при этом тепловую энергию. ТН распределяет полученное тепло, подобным к сплит-системе образом.
  Допускается канальное распределение нагретого воздуха. Особенно практично такое решение при нагреве больших многоквартирных зданий, складских и промышленных помещений.

Принцип работы теплового насоса воздух-воздух и его эффективность напрямую связаны с температурой окружающей среды. Чем холоднее «за окном», тем ниже производительность станции. Работа теплового насоса воздух-воздух при температуре минус -25°С (в большинстве моделей) полностью прекращается. Чтобы компенсировать недостаток тепла, устанавливают резервный котел. Оптимально одновременное использование электрического тэна.

Тепловые насосы воздух-воздух состоят из двух блоков наружного и внутреннего размещения. Конструкция во многом напоминает сплит-систему и устанавливается подобным образом. Внутренний блок монтируется на стену или потолок. Настройки выставляются с помощью дистанционного управления.

Чем отличается ТН воздух-воздух от кондиционера

ТН воздух-воздух работает как кондиционер, но имеет существенные отличия, заключающиеся в особенностях конструкции и производительности

Хотя существует внешнее сходство, на самом деле, отличия, если обратить внимание на технически характеристики, существенны:

• Производительность – тепловой насос воздух-воздух для отопления дома, максимально эффективно работает на нагрев помещения. Некоторые модели способны охлаждать воздух. Во время кондиционирования помещения, энергоэффективность существенно уступает обычным кондиционерам.
• Экономичность – даже инверторные кондиционеры, во время работы тратят больше электроэнергии, чем требует отопление тепловым насосом типа воздух – воздух. При переходе в режим обогрева, затраты электричества еще больше увеличиваются.
  У ТН коэффициент энергоэффективности определяется согласно СОР. Средние показатели станций равняются 3-5 единицам. Затраты электричества в таком случае составляют 1 кВт на каждые 3-5 кВт полученного тепла.
• Сфера применения – кондиционеры используют для вентиляции и дополнительного обогрева помещения, при условии, что температура окружающей среды не будет меньше +5°С. Тепловые насосы воздух-воздух, применяются в качестве основного источника отопления в течение всего года в средних широтах. При определенной модификации, могут использоваться для охлаждения комнат.

Мировой опыт использования тепловых отопительных насосов системы воздух-воздух, убедительно доказал, что использование возобновляемых источников энергии не только возможно, но и экономически выгодно, несмотря на необходимость первичных капиталовложений.

Что такое тепловой насос?

В некоторых, особенно европейских странах, США и Японии проблема заботы об окружающей среде и высокие цены на природное топливо привели к повсеместному распространению альтернативных устройств для обогрева жилищ и обеспечения домов и квартир горячей водой. К ним относится и тепловой насос – это система, способная переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, функционирующая по принципу цикла Карно.

Устройство теплового насоса

Схематически можно следующим образом представить устройство теплового насоса для частного дома:

1. Вся система состоит из трех контуров.
2. В первом функционирует теплоноситель, который переносит энергию от источника низкопотенциального тепла (то есть с низкой температурой).
3. Во втором происходит циркуляция хладагенты, которым часто выступает фреон. Газ, испаряясь, забирает тепло у предшественника, а конденсируясь – отдает его следующему.
4. В третье функционирует теплоприемник (вода или воздух), который, двигаясь по системе индивидуального отопления, обогревает дом или квартиру.

Основными компонентами такого прибора являются:

1. Компрессор, подключаемый к сети электропитания.
2. Испаритель, превращающий хладагент в газообразное состояние.
3. Конденсатор, в котором происходит обратный переход в жидкое состояние рабочего тела.
4. Редукционный клапан.
5. Магистрали, выполненные из медных труб.
6. Средства управления и автоматика.

Принцип работы теплового насоса

Выше уже упоминалось о том, что работа прибора основывается на цикле Карно, описанного еще в конце XIX столетия. По этому же принципу работают все современные холодильники и кондиционеры, только их работа направлена на охлаждение, а у теплового насоса наоборот, на нагрев. Суть процесса состоит в том, что от среды с более низкой температурой, которой может быть грунт, вода или воздух, тепло переносится к среде с более высокой, еще сильнее нагревая ее до +55℃.

Принцип работы того, как работает тепловой насос, можно сформулировать так:

1. В испаритель хладагент поступает в сжиженном состоянии, но из-за резкого перепада давления закипает и испаряется. В это время происходит отбор тепла у стенок испарителя.
2. Хладагент с накопленной тепловой энергией поступает в компрессор, сжимается и выталкивается в конденсатор.
3. В конденсаторе газ отдает тепловую энергию носителю и конденсируется. Цикл повторяется вновь.
4. Электроэнергия в таком процессе затрачивается только на работу компрессора.