Ищете способ организовать в своем доме конвекторное отопление с использованием теплового насоса «воздух-воздух», который поможет значительно сократить затраты на отопление? Согласитесь, возможность обеспечить полноценное отопление и горячее водоснабжение почти бесплатно действительно привлекательно.
Но у вас нет представления, как создать такую систему для альтернативного обогрева помещений и обеспечения горячей воды для бытовых нужд?
Мы поможем вам разобраться в этом вопросе — в данной статье будет раскрыт принцип работы и конструкция теплового насоса. Энергия в такой системе будет задействована только для работы компрессора, а основная часть тепла будет заимствоваться из наружного воздуха, за что у нас все еще не берут плату.
Также в статье будут рассмотрены преимущества применения данного устройства и его значительные недостатки. Особое внимание будет уделено подбору и расчетам насоса.
Тем, кто предпочитает делать все своими руками, мы предлагаем возможность собрать такой насос самостоятельно, используя доступные материалов. Для вашей помощи мы предоставим фото и видеорекомендации по конструкции и работе теплового воздушного насоса.
Краткое содержание статьи
Описание теплового насоса воздух-воздух
Любой тепловой насос относится к категории устройств альтернативной энергетики. Он поглощает тепловую энергию из наружного воздуха, чтобы обогревать как жилые, так и нежилые помещения.
При этом не используются никакие виды топлива, подверженные сгоранию.
Внешне тепловой насос (ТН) воздух-воздух напоминает инверторный кондиционер или сплит-систему, состоящую из наружного и внутреннего блока.
По принципу работы он похож на холодильник, действуя тем не менее «в обратном направлении». Но, в отличие от них, этот тепловой насос может как охлаждать, так и обогревать воздух в помещении.
Тепловой насос из низкопотенциального тепла, содержащегося в наружном воздухе, создает комфортную температуру в помещении.
Принцип работы и внутреннее строение
Основой работы ТН воздух-воздух является простейшее физическое явление термодинамики — при испарении жидкости её поверхность охлаждается. Примером этому служит пар над чашкой с горячим чаем.
На этом же принципе функционирует обыкновенный холодильник. В его конструкции есть трубки, в которых циркулирует хладагент под высоким давлением. Он поглощает тепло из внутреннего пространства морозильной камеры и при этом немного нагревается.
После этого собранное тепло передается в воздух комнаты через теплообменник (решетки, расположенные сзади холодильника).
Зимой тепловой насос воздух-воздух прогревает воздух в помещении, а летом способен охлаждать его.
Чтобы хладагент мог охладиться до необходимых рабочих температур, он сжимается в компрессоре. При этом фреон в системе постоянно переходит из газа в жидкость и обратно в ходе рабочего цикла.
Воздушный тепловой насос работает аналогичным образом. Он забирает тепло с улицы, а не из закрытой морозильной камеры. Даже при минусовой температуре на улице в атмосфере всё ещё присутствует достаточное количество тепловой энергии.
Для генерации тепла тепловому насосу необходима только энергия, затрачиваемая на работу компрессора. На схеме схематически показан процесс теплопередачи.
Составляющими теплового насоса воздух-воздух являются:
- компрессор;
- испаритель с вентилятором;
- расширительный клапан;
- медные трубки, по которым фреон перекачивается между улицей и домом;
- конденсатор с вентилятором, обеспечивающим подачу нагретого воздуха в помещение.
Первые три компонента образуют внешний блок, а последний — внутреннюю часть теплового насоса. Теплоизолированные медные трубки предназначены для непрерывной транспортировки теплоносителя между этими модулями сплит-системы.
Движение фреона в тепловом насосе происходит в замкнутом контуре, благодаря чему он постоянно сжимается и расширяется.
Алгоритм работы теплового насоса воздух-воздух выглядит следующим образом:
- Воздух с улицы засасывается вентилятором в наружный блок и проходит через ребра внешнего испарителя. Циркулирующий по теплообменнику фреон поглощает тепло, переходя в газообразное состояние.
- Затем газ попадает в конденсатор, где сжимается и переносится по медным трубам в внутренний блок.
- В конденсаторе, расположенном в помещении, газ снова конденсируется в жидкое состояние, передавая тепло воздуху внутри помещения.
- Избыточное давление сбрасывается через расширительный клапан, после чего жидкий фреон возвращается в первичный испаритель.
Температура фреона, поступающего в внешний блок, всегда ниже температуры окружающего воздуха, благодаря чему он беспрепятственно извлекает тепло из атмосферы.
Тем не менее, уровень «охлаждения» теплоносителя в системе сохраняется постоянным, а температура снаружи может значительно колебаться. Поэтому при сильных морозах ТН теряет эффективность.
Цикл движения теплоносителя в тепловом насосе воздух-воздух: 1. сжатие компрессором, 2. конденсация в теплообменнике с теплоотдачей, 3. поступление в наружный теплообменник в виде жидкости, 4. испарение там, поглощая тепловую энергию из внешней среды, 5. возврат в конденсатор.
Для повышения мощности теплового насоса конденсатор и испаритель делаются как можно большими. Также для обеспечения бесперебойной работы в зимний период наружный теплообменник иногда оборудуется собственной системой оттаивания.
Преимущества и недостатки воздушного теплового насоса
Каждая технически сложная система имеет свои плюсы и минусы. Рекламные материалы могут показывать идеальную картину, но на практике владельцы тепловых насосов могут столкнуться с определенными трудностями.
Эксплуатация теплового насоса воздух-воздух возможна в любое время года. Зимой он обеспечивает подачу теплого воздуха в обрабатываемые помещения, а летом — холодного.
Среди других тепловых насосов, модели воздух-воздух выделяются простотой установки. Для их монтажа не требуется ни скважина, ни громоздкий коллектор, размещаемый в земле или водоемах.
При этом система воздух-воздух сразу направляет обработанный воздух в пространство комнаты, поэтому её внутренняя часть довольно компактна и занимает минимально возможное место.
Однако недостатком этого типа теплового насоса является его неспособность нагревать воду. Они полностью подходят только для воздушного отопления.
Эти установки выгодны по множеству причин.
Среди главных преимуществ можно выделить:
- Универсальность. Системы способны как отапливать, так и охлаждать помещения в зависимости от назначения, потребностей и времени года.
- Экологичность. Они позволяют полностью отказаться от использования природного газа, угля и дров, загрязняющих окружающую среду продуктами горения.
- Легкость монтажа. Простейшая сборка системы из производственных компонентов не требует особых усилий. Кроме того, возможно самостоятельное изготовление теплового насоса из подручных материалов.
- Пожарная безопасность. Процесс получения тепла не связан с использованием горючих веществ, и даже сбои в работе установки не могут привести к возгоранию.
- Экономическая эффективность. Привлекают высоким коэффициентом преобразования, обеспечивая выдачу 4-5 кВт тепла на каждый израсходованный 1 кВт электроэнергии. Быстро окупаются.
- Доступная цена. Стоимость готовых систем доступна всем желающим. Установка, созданная собственными руками, вообще будет практически бесплатной.
- Удобство в эксплуатации. Самое сложное устройство в системе — компрессор, обслуживание которого довольно просто. Компрессоры при нормальных условиях работы редко выходят из строя раньше заявленного производителем срока эксплуатации.
Для отопления одной комнаты достаточно установить сплит-систему, повесив наружный модуль на фасад, а внутренний — на стену. Для обогрева нескольких помещений нужно будет организовать каналы для распределения нагретого воздуха.
На каждый киловатт потребленного электричества тепловой насос выдаёт до пяти киловатт тепловой энергии.
Управление тепловым насосом воздух-воздух осуществляется автоматикой. Особого внимания к настройкам и работе этой системы не потребуется — необходимо лишь периодически очищать и менять воздушные фильтры.
Среди недостатков тепловых насосов можно отметить:
- небольшой, но все же слышимый шум;
- зависимость эффективности системы от внешней температуры;
- повышенное потребление электроэнергии в холодную погоду;
- создание в комнате пыли из-за постоянной работы вентилятора и конвекции воздуха;
- зависимость от электроснабжения (для надежной работы потребуется резервный генератор).
При наружной температуре до -10 °C система работает хорошо, заимствуемого тепла, поступающего с улицы, вполне хватает для поддержания комфортных условий в доме. Однако с дальнейшим понижением температуры эффективность насоса значительно снижается.
Если коттедж расположен в регионе с суровым зимним климатом, потребуется установка дополнительного котла или камина.
В регионах с теплым климатом воздушные тепловые насосы успешно обеспечивают отопление частных домов, однако в условиях сильных морозов часто требуется дополнительный источник тепла.
Для организации воздушного отопления такие системы являются наилучшим вариантом. Они требуют минимальных затрат электроэнергии, просты в установке и обслуживании. Однако они не способны подогревать воду, поэтому для этого нужно дополнительно устанавливать бойлер или подключаться к центральному отоплению.
Тепловые насосы типа «воздух-воздух» идеально подходят для отопления зданий, построенных из дерева или СИП-панелей. У таких сооружений низкие теплопотери, и мощности воздушного теплового насоса обычно достаточно для их обогрева.
В летнее время тепловой насос «воздух-воздух» может использоваться для подогрева воды в бассейне.
Основные отличия от кондиционеров
На первый взгляд тепловой насос «воздух-воздух» похож на обычный кондиционер, но между ними имеются важные конструктивные различия и различия в технических характеристиках.
Кондиционер большей частью предназначен для охлаждения воздуха в теплое время года, тогда как тепловой насос считается основным источником тепла и функционирует в течение всего года.
Основная задача теплового насоса – обогрев, хотя многие модели также способны на охлаждение воздуха. Однако в этом режиме их эффективность значительно уступает кондиционерам, и такой способ использования следует рассматривать скорее как исключение.
Внешний вид этих устройств схож, но у каждого из них совершенно разные предназначения и эксплуатационные характеристики.
Стоит отметить, что ряд инверторных кондиционеров также может обогревать воздух в помещениях, однако для этого им требуется значительно больше электроэнергии по сравнению с тепловыми насосами. У каждого устройства есть свои задачи.
Применение тепловых насосов «воздух-воздух» существенно способствует переходу на возобновляемые источники энергии.
Несмотря на высокие первоначальные инвестиции, такие системы оказываются экономически выгодными. Снижение расходов на отопление позволяет с лихвой покрыть все начальные затраты.
Подбор и расчёт теплового насоса
Для эффективного функционирования теплового насоса «воздух-воздух» крайне важно правильно его выбрать. Необходимо заранее рассчитать необходимую мощность в зависимости от площади дома, а затем исследовать цены у разных производителей.
При проведении расчетов опираются на коэффициент энергоэффективности СОР, показывающий соотношение мощности теплового насоса к потребляемой энергии.
В идеальных условиях его величина может достигать 4–5 знаков, а у наиболее современных моделей – до 7–8. Однако при снижении температуры до -15–20°C этот индекс может резко упасть до двойки.
Наилучшие результаты по обогреву тепловой насос демонстрирует при температуре воздуха на улице от -10 до +10 градусов Цельсия, беря до ¾ тепловой энергии с наружного воздуха.
- теплоизоляция и инсоляция внутренних помещений;
- площадь используемых комнат;
- число проживающих в доме;
- климатические условия региона, где находится строение.
Для большинства домов в расчетах принимается, что на каждые десять квадратных метров требуется около 0,7 кВт мощности теплового насоса. Однако все это довольно приблизительно. Если потолки выше 2,7 м или материалы стен и окон обеспечивают плохую теплоизоляцию, потребуется больше тепла.
На рынке представлено множество производителей тепловых насосов «воздух-воздух» как из Азии, так и из Европы.
Системы от Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Carrier, Aertec, Panasonic и Toshiba получают высокие оценки от пользователей и хорошо зарекомендовали себя в российских условиях.
Эти модели даже устойчивы к перепадам напряжения и продолжают работать без перебоев после восстановления электроснабжения.
Цены на популярные воздушные тепловые насосы колеблются от 90 до 450 тысяч рублей в зависимости от мощности, функционала и страны производства.
Некоторые модели дополнены следующими опциями:
• фильтрами для очистки и дезинфекции воздуха;
• резервными нагревателями;
• электрическими генераторами;
• GSM-модулями для дистанционного управления;
• ионизаторами и озонаторами.
Практика показывает, что при температуре ниже -15 °C в помещениях, которые отапливаются исключительно с помощью теплового воздушного насоса, становится довольно холодно, и без дополнительного обогревателя комфорт там может отсутствовать.
Тем не менее, в южных регионах, где такие морозы встречаются редко, данные насосы гарантируют хорошую эффективность и быстро оправдывают свои расходы за счет экономии энергии.
Самодельный тепловой насос из старого холодильника
Создать тепловой насос типа «воздух-воздух» из отдельных компрессоров и конденсаторов без специальных знаний достаточно сложно. Однако для отопления небольшой комнаты или теплицы можно обойтись старым холодильником.
Простейший вариант воздушного теплового насоса можно собрать, проложив воздуховод из улицы в холодильник и установив вентилятор на заднюю решетку теплообменника.
Для этого необходимо сделать два отверстия в передней двери холодильника. Через одно будет поступать уличный воздух в морозильную камеру, а через второе – возвращаться на улицу.
За время прохождения воздуха через внутреннюю камеру он отдаст часть своего тепла фреону.
Также можно встроить холодильную машину в стену, оставив дверь открытой наружу, а теплообменник переместив в помещение. Но в таком случае стоит учитывать, что мощность такого обогревателя будет невысокой, а потребление электроэнергии – значительным.
Воздух в помещении будет нагреваться от теплообменника со стороны холодильника. Но данный тепловой насос сможет функционировать только при температуре наружного воздуха не ниже +5°C.
Это устройство предназначено исключительно для работы в помещениях.
В большом коттедже систему воздушного отопления необходимо дополнить воздуховодами для равномерного распределения теплого воздуха по всем комнатам.
Монтаж теплового насоса «воздух-воздух» достаточно прост. Нужно установить внешний и внутренний блоки и соединить их контуром с теплоносителем.
Внешняя часть системы устанавливается на улице: на фасаде, крыше или рядом со зданием. Внутренний же блок можно разместить на потолке или стене в доме.
Необходимо установить внешний блок в нескольких метрах от входа в дом, вдали от окон, чтобы уменьшить шум от работающего вентилятора.
Внутренний блок следует разместить так, чтобы тепло поступало во все части помещения.
Если планируется использование теплового насоса для обогрева дома с несколькими помещениями на разных этажах, потребуется устанавливать систему вентиляционных каналов с принудительным нагнетанием.
В таком случае рекомендуется обратиться за проектированием к квалифицированному специалисту, иначе мощности теплового насоса может не хватить для всех комнат.
Электросчетчик и защитные устройства должны быть рассчитаны на пиковые нагрузки, возникающие во время работы теплового насоса. В условиях сильного похолодания компрессор потребляет гораздо больше электричества, чем в обычных условиях.
Для такого обогревателя лучше прокладывать отдельную линию питания от распределительного щитка.
Важное внимание нужно уделить монтажу трубок для фреона; даже небольшая стружка внутри может нанести ущерб компрессору.
Здесь потребуется опыт пайки меди. Заправку хладагента желательно доверить специалисту, чтобы избежать утечек.
Инструкция по созданию теплового насоса из холодильника приведена в данной статье.
Заключение и полезные видео по теме
Принцип работы теплового насоса «воздух-воздух»:
Воздушный тепловой насос для отопления двухэтажного дома:
Кондиционер-инвертор или тепловой насос – что выбрать?
Тепловые насосы, функционирующие по принципу «воздух-воздух», являются высокоэффективными системами. Они простые в обслуживании, удобные в эксплуатации и экономически выгодные.
Сегодня на рынке представлен широкий ассортимент подобных устройств, и для любого дома можно выбрать подходящую отопительную систему. Важно правильно рассчитать ее мощность, и тогда она будет эффективно работать долгие годы.
Как вы относитесь к эффективности и целесообразности использования тепловых насосов «воздух-воздух»? Поделитесь своими мнениями, оставляйте отзывы о своем опыте и задавайте вопросы. Форма для комментариев находится ниже.
