1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Воздушный тепловой насос для отопления дома

Отопление тепловым насосом воздух-воздух

Хотите обустроить в доме конвекторное отопление, где для нагрева теплоносителя используется тепловой насос «воздух-воздух»? Согласитесь, что получить полноценное отопление в компании с горячей водой практически бесплатно — весьма заманчивое мероприятие.

Но вы не знаете, как соорудить подобную систему, чтобы альтернативным способом обогревать помещения и получать горячую воду для бытовых нужд?

Как работает тепловой насос воздух-воздух?

Мы поможем разобраться с этим вопросом — в статье освещен принцип действия и устройство насоса. Энергию такой системе придется тратить только на работу компрессора, а основной объем тепла будет браться просто с улицы из атмосферы, за что у нас пока денег не требуют.

Также рассмотрены преимущества его внедрения в систему и существенные недостатки. Отдельное внимание уделено подбору и расчету насоса.

А любителям все делать своими руками мы предлагаем соорудить подобный насос самостоятельно, используя подручные материалы. В помощь приводим фотоматериалы по устройству и функционированию теплового воздушного насоса.

Характеристика теплового насоса воздух-воздух

Любой теплонасос относится к оборудованию из сферы альтернативной энергетики. Он забирает тепловую энергию воздушных масс на улице, из окружающего пространства в помещении, чтобы обогреть ею жилые и нежилые объекты.

При этом не используются какие-либо сгораемые виды топлива.

Внешне тепловой насос (ТН) воздух-воздух похож на инверторный кондиционер, сплит-систему из наружного и внутридомового блока.

А по принципу действия он больше напоминает холодильник, только действует “наоборот”. Но в отличие от них обоих этот теплонасос способен как охлаждать, так и нагревать воздушные массы в доме.

Тепловой насос берет низкопотенциальную тепловую энергию из атмосферы с улицы и нагревает ею комнатный воздух до комфортных температур

Принцип действия и внутреннее устройство

В основе работы ТН воздух-воздух лежит нехитрое физическое явление термодинамики – жидкость при испарении охлаждает поверхность, с которой она рассевается. Например, пар над кружкой с горячим чаем демонстрирует тот же эффект.

На этом принципе работает и обычный холодильник. Внутри него расположены трубки, по которым циркулирует хладагент под высоким давлением. Он забирает тепло из внутреннего пространства морозильной камеры, слегка нагреваясь при этом.

Потом собранное тепло отдается в воздух комнаты посредством теплообменника (решетки сзади холодильника).

Зимой теплонасос воздух-воздух обогревает комнатный воздух, а летом может охлаждать его

А чтобы после хладагент остыл до рабочих температур, он сжимается в компрессоре. Причем за цикл работы фреон внутри системы компрессор-конденсатор-испаритель постоянно переходит из газообразного состояния в жидкое и обратно.

Воздушный тепловой насос функционирует абсолютно аналогично. Только тепло он берет с улицы, а не из закрытого морозильника. Даже если снаружи мороз, то в атмосфере все равно есть немало тепловой энергии.

Для производства тепла тепловому насосу нужна только энергия, затрачиваемая на работу компрессора. На схеме подробно изображен процесс переноса тепла

Состоит тепловой насос воздух-воздух из:

  • компрессора;
  • испарителя с вентилятором принудительного обдува;
  • расширительного клапана;
  • медных трубок для перекачки фреона между улицей и домом;
  • конденсатора с вентилятором подачи нагретого воздуха в помещение.

Первые три элемента составляют внешний блок, а последний относится к внутренней части теплонасоса. Теплоизолированные трубки из меди предназначены для непрерывного перемещения теплоносителя между этими модулями сплит-системы.

Движение фреона в тепловом насосе происходит по замкнутому кругу, в результате чего он постоянно сжимается и расширяется

Алгоритм работы теплового насоса воздух-воздух выглядит следующим образом:

  1. Уличный воздух втягивается вентилятором в наружный блок и прогоняется сквозь ребра внешнего испарителя. Циркулирующий по теплообменнику фреон вбирает в себя имеющуюся в нем тепловую энергию, переходя при этом в газообразное состояние.
  2. Далее газ попадает в конденсатор, где сжимается. А потом он перекачивается по медным трубам во внутренний блок.
  3. В расположенном в доме конденсаторе газ переходит обратно в жидкость, передавая тепло внутрикомнатному воздуху.
  4. Затем излишнее давление стравливается посредством расширительного клапана, и жидкий фреон опять отправляется в первичный испаритель.

Значение температуры фреона, поступающего во внешний блок, всегда ниже температуры окружающей среды. Поэтому он всегда забирает тепло из атмосферы.

Но уровень “охлаждения” теплоносителя в системе постоянен, а наружная температура постоянно колеблется. По этой причине при сильных морозах ТН теряет свою эффективность.

Цикл движения теплоносителя теплового насоса воздух-воздух: 1. он сжимается компрессором, 2. конденсируется в теплообменнике, при этом отдавая тепло, 3. в виде жидкости поступает в наружный теплообменник, 4.

там испаряется, захватив при испарении тепловую энергию наружной среды, 5. снова возвращается в конденсатор

Чтобы увеличить мощность теплонасоса, поверхности конденсатора и испарителя делаются максимально большими.

А для бесперебойности работы в зимний период наружный теплообменник оснащается собственной системой оттаивания.

Плюсы и минусы воздушного теплонасоса

У каждой технически сложной системы имеются свои достоинства и недостатки. Рекламные проспекты это одно, а в реальности владельцы тепловых насосов рискуют столкнуться с определенными проблемами.

Установки обогрева/охлаждения типа «воздух-воздух» выгодны, потому что:

  • Универсальны. Системы позволяют отапливать и остужать помещения в зависимости от назначения помещения, потребностей и от климатического сезона.
  • Экологичны. Дают возможность полностью отказаться от сжигания природного газа, угля, дров и т.п., засоряющих природную среду продуктами горения.
  • Предельно просты в монтаже. Собрать систему из составляющих заводского производства не составит труда. Можно собственноручно соорудить тепловой насос из подручных средств.
  • Пожаробезопасны. Процесс получения тепла не связан с применением горючего. Даже нарушения в работе установки не смогут повлечь возгораний.
  • Экономичны. Привлекают высоким коэффициентом теплоотдачи при минимальных затратах (на потребленный 1 кВт электроэнергии они выдают 4–5 кВт тепла). К тому же, быстро окупаются.
  • Доступны по цене. Стоимость систем заводского изготовления позволяет приобрести тепловой насос практически всем желающим. Собственноручно изготовленная установка будет практически бесплатной.
  • Удобны в эксплуатации. Самый технически сложный прибор в системе — компрессор, с обслуживанием которого трудно не справиться. С характерной для тепловых насосов нагрузкой компрессоры редко выходят из строя раньше обещанного производителем срока.
Читать еще:  Все для отопления частного дома

Для организации отопления в одной комнате достаточно установить сплит-систему, повесив на фасаде внешний модуль, а на внутренней стене – конвектор. Чтобы обогреть несколько помещений придется обустраивать каналы распределения нагретого воздуха.

На каждый киловатт потребленного электричества теплонасос выдает до пяти киловатт тепловой энергии

Все управление тепловым насосом воздух-воздух осуществляется встроенной автоматикой. Особого внимания уделять работе и настройке этой системе не придется. Надо будет только регулярно чистить воздушные фильтры и иногда их менять.

Среди отрицательных сторон теплонасосов можно упомянуть:

  • пусть и незначительный, но все же шумовой фон;
  • прямую зависимость эффективности системы от внешней температуры;
  • рост электропотребления при похолодании на улице;
  • постоянно висящую в воздухе пыль из-за непрерывной работы вентилятора и конвекции воздуха в комнате;
  • зависимость от электроснабжения (для бесперебойной работы потребуется генератор).

При температурах снаружи до минус 10 °С все работает прекрасно, забираемого с улицы тепла вполне хватает для создания в доме комфортных условий. Но при дальнейшем похолодании эффективность насоса резка падает.

Если коттедж построен в местности с холодным климатом и сильными морозами по зиме, то без дополнительного котла или камина не обойтись.

В теплом климате воздушный тепловой насос без проблем справляется с поставленными задачами по отоплению частного дома, но при сильных морозах дополнительный источник тепла не помешает

Для воздушного обогрева такие системы подходят идеально. Минимум трат электроэнергии, усилий для монтажа и проблем с обслуживанием. Но ими нельзя нагреть воду. Для этого придется дополнительно ставить бойлер или подключаться к централизованным сетям.

Тепловые насосы воздух-воздух являются оптимальным способом обогрева зданий, построенных из дерева или СИП. У таких строений низкие теплопотери, мощностей воздушного теплонасоса для их отопления хватает с избытком.

В летний период тепловой насос воздух-воздух можно использовать для обогрева воды в бассейне

Коренные отличия от кондиционера

Внешне тепловой насос воздух-воздух схож с бытовым кондиционером. Но у него есть свои отличительные конструктивные особенности и технические характеристики.

  1. Первое устройство используется в качестве основного источника обогрева, работающего круглогодично. А второе больше предназначено для охлаждения воздуха в летнюю жару.
  2. Основная функция теплонасоса – это отопление. Однако многие модели способны также охлаждать комнатный воздух. Но в этом режиме работы они существенно уступают кондиционеру по энергоэффективности. Это скорее крайний случай их использования.
  3. По внешнему виду кондиционер и воздушный ТН схожи, но имеют совершенно разное назначение и эксплуатационные характеристики

С другой стороны и многие инверторные кондиционеры могут нагревать воздух в помещениях. Но электричества они при этом потребляют гораздо больше тепловых насосов. У каждого устройства свое предназначение.

Использование ТН «воздух-воздух» – это в первую очередь переход на возобновляемые источники энергии.

Эти системы экономически выгодны, несмотря на крупные первичные вложения денег. Сокращение платежей за отопление окупает все начальные затраты.

Подбор и расчеты теплового насоса

Теплонасос воздух-воздух будет эффективен, только если его правильно подобрать. Необходимо заранее рассчитать его мощность в зависимости от квадратуры дома. А уже потом смотреть какие у разных производителей цены.

При расчетах используется коэффициент энергоэффективности СОР (отношение мощности ТН к затраченной энергии).

При “тепличных условиях” он нередко достигает 4–5 пунктов, а самые современные модели до 7–8. Однако при падении температуры на улице до минус 15–20 С этот показатель резко падает всего лишь до двойки.

Оптимальную продуктивность по обогреву теплонасос выдает при температурах на улице -10…+10 градусов Цельсия, так он до ¾ тепловой энергии берет с улицы

В расчетах необходимо учесть:

  • теплоизоляцию и инсоляцию помещений;
  • площадь комнат;
  • количество проживающих в коттедже;
  • общие климатические условия местности, где стоит дом.

Для большинства домов на каждые десять квадратных метров необходимо порядка 0,7 кВт мощности теплового насоса. Но все здесь достаточно условно. Если потолки выше 2,7 метра или стены и окна плохо утеплены, то тепла потребуется больше.

Производителей тепловых насосов воздух-воздух немало и в Азии и в Европе.

Читать еще:  Газовые котлы для отопления

Хорошие отзывы имеют системы от Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Carrier, Aertec, Panasonic и Toshiba. Практически все их модели адаптированы к отечественным условиям эксплуатации и неплохо себя зарекомендовали.

Даже при перепадах напряжения они не ломаются, продолжая после включения электричества работать исправно.

Цена на ходовые воздушные теплонасосы варьируется в диапазоне от 90 до 450 тысяч рублей. Здесь многое зависит не только от мощности агрегата, но и от дополнительного функционала и страны изготовления.

Отдельные модели дополняются:

• фильтрами очистки и обеззараживания воздуха; • резервными нагревателями; • электрогенераторами; • GSM-модулями для управления системой;

• ионизаторами и озонаторами.

Отопление коттеджей с помощью тепловых насосов

Воздушные тепловые насосы для отопления коттеджей использовались достаточно давно – в Финляндии и Швеции накоплен большой опыт их применения.

Поводом для написания данной статьи послужил практический пример в нашей стране – в Подмосковье осенью 2013 года для обогрева небольшого коттеджа был установлен воздушный тепловой насос (канальный кондиционер Mitsubishi Heavy Industries FDUM71V) .

Система успешно отработала зиму 2013-2014 года при достаточно низких наружных температурах (до -25С) и показала свою жизнеспособность в российских условиях. Учитывая сегодняшние характеристики оборудования и постоянное совершенствование систем кондиционирование в режиме тепла, постараемся в этой статье определить будущее технологии воздушных тепловых насосов для северных стран.

Традиционно системы кондиционирования воздуха воспринимались именно как системы охлаждения и иногда вентиляции помещений.

При работе кондиционера зимой в режиме воздушного теплового насоса эффективность его снижалась, примерно при температуре -5 С тепловой коэффициент падал до значения 1, и при дальнейшем снижении наружной температуры эффективнее было использовать обычные электрообогреватели.

Но все это было справедливо для систем кондиционирования воздуха на фреоне R22, с ON-OFF регулированием производительности компрессора. Новые системы кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries (Japan) обладают принципиально большим температурным диапазоном использования в режиме тепла – до -20 С.

Благодаря чему существенно расширен температурный диапазон?

Во-первых, это использование фреона R410A, который обладает существенно бОльшим рабочим давлением, чем фреоны R22 или R407C (табл. 1). Это приводит к тому, что при понижении температуры наружного воздуха снижается температура и давление кипения фреона в наружном блоке.

Снижение давления приводит к меньшей плотности газа на всасывании компрессора, и, следовательно, к снижению его производительности.

Давление фреона R410A изначально больше в 1,5 – 2 раза, чем фреона R22, поэтому снижение производительности компрессора тоже происходит, но не так значительно.

Табл. 1. Давление газообразного фреона в состоянии насыщения, 105 Па.

Воздушный тепловой насос: принцип действия

В связи с постоянно растущими ценами на энергоносители, обогрев домов с помощью альтернативных источников энергии становится все популярнее. Воздушный тепловой насос приобрёл большую популярность, так как его принцип действия заключается в извлечении тепловой энергии из воздуха. Также неоспоримым преимуществом является его дешевизна.

Для отопления чаще используют два вида таких устройств:

  • Воздух-воздух — тепло извлекается из наружной атмосферы и преобразовывается, и идет на обогрев помещения. Такой агрегат можно сравнить с кондиционером, только работающим не на охлаждение, а на отопление.
  • Воздух-вода — энергия также извлекается из атмосферы, но нагревает воду в отопительном контуре дома: радиаторах, теплых полах и т.д.

Расчет воздушного теплового насоса производят исходя из теплопотерь здания, таким образом мощности тн должно хватить на их покрытие. Расчет ведется для самой низкой температуры данного географического региона. Стоит учесть, что при температуре ниже -25 ºС такой тепловой насос становится не эффективным и требуется подключение дополнительного источника энергии. Существуют устройства, работающие при -40 ºС, но они очень дорогие.

Характеристики воздушных тепловых насосов

Оценить эффективность установки помогут несколько параметров — основной показатель, определяющий характеристики воздушных тепловых насосов — это СОР или тепловой коэффициент эффективности. Он определяется по формуле:

СОР = Т2 / (Т2 — Т1), где:

  • Т1 – tº источника тепла,
  • Т2 – tº в отопительном контуре внутри здания.

Расчет температур производится в Кельвинах, поэтому для перевода показателей из Цельсия в Кельвины, к первым прибавляем число 273.

Расчет СОР, как показателя эффективности воздушного теплового насоса, определяет, что при затратах 1 кВт электроэнергии, агрегат производит от 2 до 6 кВт тепловой энергии. В случае с атмосферными теплонасосами, температура за окном постоянно меняется, соответственно меняется и СОР — чем ниже уличная температура, тем ниже СОР.

Почему воздушные тепловые насосы нашли широкое применение

Отопительная система, берущая энергию из атмосферы, дешевле и проще в установке, чем ее геотермальные или водяные аналоги. Для монтажа такого теплонасоса не нужно бурить скважины и прокладывать коллектор. К тому же, не все участки имеют ландшафт, позволяющий использовать для обогрева дома подземные воды или грунт. Бурению скважин или укладке коллектора могут препятствовать щиты твердых пород, залегающие на небольшой глубине.

Атмосферный воздух доступен повсеместно, и его можно использовать для получения дешевой энергии.

Устройство воздушного теплового насоса

Теплонасос, работающий по принципу «воздух-воздух», включает наружный и внутренний блоки. Первый выполняет забор воздуха и нагревает его. Внутренний блок подает уже теплый воздух внутрь помещения. По сути, это тот же кондиционер, работающий на обогрев при максимальной внешней t — 25ºС. Но наибольшую эффективность воздушный теплонасос показывает до -15ºС. Дальше его КПД существенно снижается.

Читать еще:  Водяной насос для отопления инструкция

Полученное тепло передается хладагенту, который закипает в испарителе и переходит в газообразное состояние. Затем сжимается в компрессоре, процесс проходит с повышением температуры и увеличением давления. Далее хладагент попадает в конденсатор, где передает свое тепло воздуху, который обогревает помещение. Хладагент в процессе конденсируется и направляется в дроссель, после процесс повторяется.

Агрегат, работающий по принципу «воздух-вода», таким же образом полученную тепловую энергию направляет на нагрев воды в отопительном контуре.

Воздушный тепловой насос для отопления зимой: Обзор вариантов установки +Видео и Фото

Воздушный тепловой насос для отопления дома в зимних условиях. Воздушный тепловой насос для отопления – это одно из самых популярных альтернатив газовому, твердотопливному и электрическим видам отопления. Первейший тепловой насос был создан в 1852 и был названым «преумножитель тепла». Следуя физическим законам, тепло могло передаваться от нагретого к не нагретому телу. Если есть большое количество энергии, то можно осуществить обратный процесс.

Чуть позже ученые открыли еще один принцип. Вещество при испарении поглощающее теплый воздух, а после того как станет конденсатом отдает. Благодаря этому закону физики работают наши холодильники и телевизоры. Тепловой насос работает так же только с обратным эффектом. Многие фирмы, изготавливающие кондиционеры используют это и продают покупателям кондиционеры способные как охладить, так и нагреть воздух в помещении.

Как работают воздушные тепловые насосы для отопления дома

  • Абсолютно любое тело, даже холодное имеет какое-то содержание тепловой энергии. Задача насоса всю тепловую энергию из зимнего воздуха передать в помещение.
  • В части, которая расположена на улице есть специальный змеевик с отпаривателем содержащий фреон. Фреон – это вещество имеющее свойство деформироваться в газ и обратно. При его испарении происходит поглощение тепла даже при минусе.
  • Газ из фреона проходит в компрессор, под высоким давлением преобразуется обратно в жидкое состояние.
  • Под воздействием давления фреон окончательно переходит в жидкое состояние, отдав всю тепловую энергию, получившую на улице.
  • Образуется возврат фреона обратно.

Мощность теплового насоса зависит от температуры на улице. Поэтому многие насосы можно использовать с дополнительными системами нагрева воздуха.

Преимущества

Как рекламируется, что самое главное преимущество в экономии. Эффективность теплового насоса зависит от следующих факторов:

  • Параметры нижних границ уменьшения тепла в естественных условиях
  • Минимум различий в температуре, в таком случае отдача тепла будет совсем малой
  • Степень потребления и отдачи теплоэнергии

Правильность применения насоса зависит от факторов

  1. В регионах с холодными зимами тепловой насос не покажет хороших результатов. Он просто не сможет отобрать достаточно тепла для того, чтобы обогреть комнату.
  2. При увеличении объема пространства растут и запросы насоса. Увеличиваются теплообменники, количество зондов и т. д. В определенный момент содержание воздушного, теплового насоса станет просто невыгодным. Гораздо дешевле выйдет другая отопительная система
  3. Чем сложнее устройство, тем выше будет цена на ее ремонт. Это дополнительный минус в случае увеличения площади отапливаемого пространства.

ВНИМАНИЕ! В общем использовать тепловой насос в качестве основного отопительного средства будет правильным лишь в редких случаях. Поэтому рекомендуется подходить к этому вопросу комплексно.

Основные характеристики

В общем, логичность установки теплового насоса для обогрева оценивается по стоимости, в которую входят:

  1. Цена покупки самого насоса,
  2. Затраты для монтирования, ведь могут понадобиться дополнительные земельные работы.
  3. Стоимость регулярного обслуживания.
  4. Стоимость на ремонт и устранение неполадок.

Выбор насоса по мощности зависит от потребности

Можно рассчитать по формуле:

  • Самая высокая температура воздуха зимой,
  • Разница между температурой воздуха на улице высчитывается с разницей в помещении,
  • Рассчитывают тепловые потери стен.

Полученный результат и станет необходимой, минимальной мощностью для вашего дома.

Второй расчет – выбор нужного объема для накопительного котла. Эту часть отопительной системы рекомендуют монтировать так, чтобы насос мог работать ограниченное число циклов. В дополнительных документах к тепловому насосу есть советы для объема аккумулятора определенного количества показателей циклов. Общая цифра равна 30 литрам на 1 киловатт за три запускания, 20 литров при пяти. Получится что, для жилого дома минимальный объем накопительного бака 400 литров теплового насоса в одни сутки.

Заключение

Если после анализирования климатических условий, почвы и тщательных расчетов вы все таки решили купить воздушный тепловой насос для отопления зимой, то лучше доверить эту работу команде профессиональных специалистов. Ведь правильный выбор оборудования зависит не только от мощности оборудования.

Мастера рассчитают отдачу тепла почвы, подберут специальную высокоэффективную схему и сделают отличный вариант проведения работ. Поэтому у вас не возникнет никаких трудностей, и вы не будете жалеть о правильности своего выбора.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector