Желаете установить в своем доме конвекторное отопление, использующее тепловой насос «воздух-воздух», который обеспечит значительную экономию на отопление? Согласитесь, идея получить полноценное отопление с горячей водой практически бесплатно весьма привлекательна.
Однако у вас могут возникнуть вопросы о том, как построить такую систему, которая будет эффективно обогревать ваши помещения и предоставлять горячую воду для хозяйственных нужд?
В данной статье мы подробно разберемся в этом вопросе: расскажем о принципе работы и устройстве насосов. Энергия в такой системе потребуется лишь для работы компрессора, a основная часть тепла будет извлекаться из окружающей атмосферы, что не требует никаких затрат.
Также мы осветим преимущества и недостатки использования данного оборудования, а также уделим внимание правильному выбору и расчету насоса.
Для любителей создавать что-либо своими руками мы предлагаем возможность изготовить подобный насос самостоятельно, используя подручные материалы. В дополнение к этому мы предоставим фотографии и видеоматериалы, которые объяснят, как устроен и функционирует тепловой воздушный насос.
Краткое содержание статьи
Характеристика теплового насоса воздух-воздух
Тепловые насосы относятся к категории оборудования, использующего альтернативную энергетику. Они аккумулируют тепловую энергию из атмосферного воздуха и используют ее для обогрева жилых и нежилых пространств.
При этом не задействуются ископаемые источники топлива.
Внешний вид теплового насоса (ТН) «воздух-воздух» похож на инверторный кондиционер — он состоит из наружного и внутреннего блоков.
По своей работе он напоминает холодильник, но функционирует буквально «в обратном» направлении. В отличие от холодильников, этот насос может как охлаждать, так и обогревать воздух в помещении.
Этот тепловой насос извлекает низкопотенциальное тепло из атмосферы и использует его для нагрева воздуха в комнатах до комфортной температуры.
Принцип работы и внутреннее устройство
Работа ТН «воздух-воздух» основана на простом физическом принципе термодинамики: жидкость, проходя процесс испарения, охлаждает поверхность, с которой она взаимодействует. Ярким примером может служить пар, поднимающийся из чашки с горячим чаем.
Этот же принцип лежит в основе работы обычного холодильника. Внутри устройства находятcя трубки, по которым под давлением циркулирует хладагент, который поглощает тепло из внутренней части морозильной камеры, слегка нагреваясь при этом.
Затем излучаемое тепло передается в атмосферу комнаты через теплообменник (решетку на задней панели холодильника).
Зимой теплонасос «воздух-воздух» нагревает воздух внутри помещения, а летом может его охлаждать.
Для того чтобы хладагент остыл до рабочей температуры, его сжимают в компрессоре. В процессе работы фреон внутри системы компрессор-конденсатор-испаритель проходит постоянный цикл преобразований: от газообразного состояния к жидкому и обратно.
Работа воздушного теплового насоса аналогична. Однако, в отличие от холодильников, он берет тепло снаружи, а не из отдельно закрытого морозильного пространства. Даже при морозе на улице в атмосфере все равно присутствует достаточное количество тепловой энергии.
Для генерации тепла тепловому насосу требуется лишь энергия на работу компрессора. На схеме детально представлен процесс передачи тепла.
Составляющие теплового насоса «воздух-воздух» включают:
- компрессор;
- испаритель с вентилятором для принудительного обдува;
- расширительный клапан;
- медные трубки для перемещения фреона между улицей и домом;
- конденсатор с вентилятором для нагрева воздуха внутри помещения.
Первые три элемента образуют внешний блок, а последний — внутреннюю часть насосной системы. Теплоизолированные медные трубки служат для постоянного перемещения теплоносителя между этими модулями.
Движение фреона в тепловом насосе происходит по замкнутому циклу, благодаря чему он вечно сжимается и расширяется.
Принцип работы теплового насоса «воздух-воздух» выглядит следующим образом:
- Уличный воздух втягивается вентилятором в наружный блок и проходит через ребра внешнего испарителя. Фреон, протекающий по теплообменнику, поглощает имеющееся в воздухе тепло, переходя при этом в газообразный вид.
- Затем газ поступает в конденсатор, где он сжимается и перекачивается по медным трубам во внутренний блок.
- В конденсаторе, находящемся в доме, газ возвращается в жидкое состояние и передает тепло воздуху в помещении.
- Избыточное давление сбрасывается через расширительный клапан, и жидкий фреон снова поступает в первичный испаритель.
Температура фреона, поступающего во внешний блок, всегда ниже температуры окружающей среды, что обеспечивает его способность забирать тепло из атмосферы.
Тем не менее уровень «охлаждения» теплоносителя в системе постоянный, а температура окружения меняется. Поэтому при резких морозах эффективность работы теплоносителя может снизиться.
Цикл движения теплоносителя в тепловом насосе «воздух-воздух» выглядит так: 1. компрессор сжимает его, 2. он конденсируется в теплообменнике, отдавая при этом тепло, 3. в виде жидкости поступает в наружный теплообменник, 4. там испаряется, захватывая тепловую энергию наружной среды, 5. и снова возвращается в конденсатор.
Для повышения производительности воздухосистемы контрактуются поверхности конденсатора и испарителя, чтобы они максимально увеличивали контакт с воздухом. Для обеспечения стабильного функционирования в зимний период наружный теплообменник может быть оснащен системой разморозки.
Преимущества и недостатки воздушного теплового насоса
Как и у любой сложной технической системы, у данного оборудования есть свои плюсы и минусы. Рекламные материалы показывают одни сведения, а реальность может подготовить владельцам тепловых насосов определенные неожиданные сложности.
Эксплуатировать воздух-воздух тепловой насос можно на протяжении всего года. Зимой он обеспечивает поставку теплого воздуха, а летом — охлажденного.
Сравнительно с другими типами тепловых насосов, «воздух-воздух» отличается простотой установки. Для его монтажа не требуется бурить скважины или устанавливать большие коллекторы в землю или водоем.
Система «воздух-воздух» напрямую подает обработанный воздух в помещение. Поэтому внутренние компоненты системы имеют компактный размер и требуют минимум места.
Недостаток этой модели насосов заключается в том, что они не могут нагревать воду. Данные установки предназначены только для обогрева воздуха.
Среди основных преимуществ систем воздух-воздух можно выделить:
- Универсальность. Эти системы могут как обогревать, так и охлаждать помещения, в зависимости от назначения комнаты и потребностей в разные времена года.
- Экологичность. С их помощью возможно полностью отказаться от сжигания природного газа, угля, дров и других ископаемых ресурсов, загрязняющих окружающую среду в результате горения.
- Легкость монтажа. Создание системы из готовых компонентов не составит труда. Также можно собрать тепловой насос своими силами из доступных материалов.
- Пожарная безопасность. Процесс получения тепла не затрагивает использование горючих материалов. Даже при сбоях в работе системы возникновение пожара маловероятно.
- Экономичность. Высокий коэффициент теплоотдачи при значительно меньших расходах: на каждый 1 кВт потребленной электроэнергии насос вырабатывает 4–5 кВт тепла. Кроме того, такие установки быстро окупаются.
- Доступность по цене. Цены на заводские установки позволяют многим желающим приобрести тепловой насос. А самодельные устройства будут практически бесплатными.
- Удобство использования. Самый сложный элемент системы — компрессор, с обслуживанием которого справится даже неопытный пользователь. При типичной нагрузке компрессоры редко выходят из строя раньше срока, указанного производителем.
Для организации отопления в одной комнате достаточно установить сплит-систему: внешний модуль расположить на фасаде, а внутренний — на стене. Для обогрева нескольких помещений потребуется монтаж воздухопроводов.
Все управление тепловым насосом «воздух-воздух» осуществляется с помощью встроенной автоматизации, к которой не нужно часто обращаться. Вам лишь следует время от времени очищать и заменять воздушные фильтры.
Среди отрицательных аспектов, связанных с тепловыми насосами, можно отметить:
- небольшой, но ощутимый шум;
- зависимость эффективности от температуры окружающей среды;
- рост потребления электроэнергии при снижении температуры на улице;
- появление пыли в воздухе из-за постоянной работы циркуляционного вентилятора;
- зависимость от электроэнергии (для обеспечения бесперебойной работы потребуется генератор).
При температурах до -10°C система работает отлично, и извлеченного с улицы тепла хватает для создания комфортных условий. Однако при более низких температурах эффективность работы теплоносителя значительно снижается.
Если ваш коттедж находится в регионе с холодным климатом и сильными зимними морозами, вам не обойтись без установки дополнительного котла или камина.
В утепленном климате тепловой насос на базе воздуха демонстрирует свою эффективность и способен обеспечить отопление дома, но в условиях сильных зимних морозов дополнительный источник тепла будет полезен.
Системы воздушного обогрева идеально подходят для создания комфортного климата в помещении. Они требуют минимальных затрат на электроэнергию, несложны в установке и не вызывают сложностей в обслуживании. Однако следует учитывать, что такие устройства не обеспечивают нагрев воды, и для этого необходимо дополнительно устанавливать бойлер или подключаться к централизованным системам.
Тепловые насосы типа воздух-воздух являются отличным вариантом для обогрева зданий, построенных из дерева или СИП-панелей. У таких строений довольно низкие теплопотери, таким образом, мощности теплонасоса достаточно для их отопления даже с запасом.
Летом тепловой насос воздух-воздух может также использоваться для подогрева воды в бассейне.
Ключевые отличия от кондиционеров
На первый взгляд тепловой насос воздух-воздух напоминает стандартный кондиционер. Тем не менее, у него имеются свои уникальные конструктивные особенности и technische характеристики.
Первый прибор служит основным источником отопления, работающим круглогодично, в то время как второй более ориентирован на охлаждение воздуха в жаркие дни.
Главное назначение теплонасоса — это нагрев воздуха. Несмотря на это, многие модели могут также функционировать в режиме охлаждения, однако в этом качестве они менее эффективны, чем кондиционеры, что делает такой режим скорее исключением.
Несмотря на схожесть внешнего вида, кондиционеры и воздушные теплонасосы имеют совершенно разные назначения и эксплуатационные характеристики.
Некоторые инверторные кондиционеры также способны нагревать воздух в помещениях, но для этого они потребляют значительно больше электроэнергии по сравнению с тепловыми насосами. Каждое устройство имеет свою специфическую задачу.
Выбор тепловых насосов «воздух-воздух» – это шаг к использованию возобновляемых источников энергии.
Хотя первоначальные вложения в такие системы могут показаться значительными, они оказываются экономически выгодными благодаря снижению затрат на отопление, что в конечном итоге оправдывает все начальные расходы.
Подбор и расчеты теплового насоса
Тепловой насос воздух-воздух будет функционировать эффективно лишь при правильном выборе. Важно заранее рассчитать необходимую мощность, исходя из площади дома, а затем изучить цены разных производителей.
Для расчетов применяется коэффициент энергоэффективности (COP), который отображает соотношение мощностей насоса и потребляемой энергии.
При идеальных условиях этот коэффициент может достигать 4-5, а у самых современных моделей — до 7-8, однако при понижении температуры до -15-20°C данный показатель значительно падает до 2.
Максимальная эффективность обогрева теплонасос достигает при температурах на улице от -10 до +10 градусов Цельсия, поскольку он способен забирать до ¾ необходимой тепловой энергии из окружающей среды.
- теплоизоляционные свойства и инсоляция помещений;
- площадь комнат;
- количество жителей в доме;
- погодные условия и климат данного региона.
Для большинства домов необходимо около 0,7 кВт мощности теплонасоса на каждые десять квадратных метров. Но следует учитывать, что при высоких потолках или плохой изоляции стен и окон требуемая мощность может возрасти.
На рынке представлено множество производителей тепловых насосов как из Европы, так и из Азии.
Системы от Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Carrier, Aertec, Panasonic и Toshiba получили положительные отзывы. Большинство их моделей адаптированы для отечественных климатических условий и отлично зарекомендовали себя.
Они устойчивы к перепадам напряжения и продолжают нормально работать даже после восстановления электроснабжения.
Цены на популярные тепловые насосы варьируются от 90 до 450 тысяч рублей, зависимо не только от мощности, но и от дополнительных функций и страны производителя.
Некоторые модели могут быть дооснащены:
• системами очистки и дезинфекции воздуха;
• дополнительными нагревателями;
• электростанциями;
• GSM-модулями для управления;
• ионизаторами и озонаторами.
На практике, при температурах ниже -15 °C в помещениях, обогреваемых исключительно тепловым насосом, становится ощутимо прохладно, и без дополнительных источников тепла комфорт в таких условиях не обеспечить.
Тем не менее, в южных районах, где сильные морозы встречаются крайне редко, такие насосы предлагают хорошую эффективность и полностью оправдывают вложенные в них средства благодаря экономии на энергоресурсах.
Самоделка из старого холодильника
Собрать тепловой насос воздух-воздух из компонентов компрессоров и конденсаторов самостоятельно без специальных знаний будет довольно трудно. Однако для небольшой комнаты или теплицы можно использовать старый холодильник.
Простейший вариант теплового насоса можно создать из морозильника, соединяя его с улицей воздуховодом и устанавливая вентилятор на задней решетке теплообменника.
Для этого в передней двери холодильника следует сделать два отверстия: через одно будет поступать уличный воздух, а через другое — выходить назад на улицу.
При этом воздух, проходя через внутреннюю камеру, отдаёт часть своего тепла фреону.
Также есть возможность установить холодильник в стену, оставив дверь открытой наружу, а теплообменник – внутри помещения. Однако стоит учитывать, что мощность такого устройства будет незначительной и потребление электроэнергии достаточно высоким.
Температура в помещении будет повышаться при помощи теплообменника на задней части холодильника, но этот тип теплового насоса работает только при температурах не ниже +5 °C.
Этот бытовой прибор создан только для использования в помещениях.
В большом доме систему воздушного отопления придется расширять воздуховодами, чтобы равномерно распределить теплый воздух во всех комнатах.
Установка теплового насоса воздух-воздух достаточно проста; требуется установить внешний и внутренний блоки, а затем соединить их трубопроводом с теплоносителем.
Внешний блок размещается на улице: на стене, крыше или рядом со зданием, а внутренний — на потолке или стене в помещении.
Рекомендуется установить наружный блок на расстоянии нескольких метров от входа и подальше от окон, чтобы минимизировать шум от вентилятора.
Внутренний блок следует размещать так, чтобы поток теплого воздуха равномерно распределялся по комнате.
Если планируется обогрев нескольких комнат на разных этажах с помощью теплового насоса, потребуется организовать систему вентиляционных каналов с принудительной циркуляцией воздуха.
В этом случае лучше проконсультироваться с квалифицированным инженером, чтобы избежать недостатка мощности теплового насоса.
Электросчетчик и защитные устройства должны быть способны выдерживать увеличенные нагрузки, вызванные работой теплового насоса. При резком похолодании компрессор начинает потреблять значительно больше электроэнергии в сравнении с обычными показателями.
Наилучший вариант — проложить отдельную линию электропитания от распределительного щита для такого воздушного обогревателя.
Особенное внимание уделите установке трубок для фреона, поскольку даже малейшие загрязнения могут повредить компрессорное оборудование.
Для работы с медными трубками потребуются навыки пайки, а также заправку хладогена лучше доверить специалисту, чтобы избежать утечек.
Инструкция по поэтапному изготовлению теплового насоса из холодильника изложена в этой статье.
Выводы и полезное видео по теме
Принцип работы сплит-системы «воздух-воздух»:
Воздушный тепловой насос в системе отопления двухэтажного дома:
Кондиционер-инвертор или тепловой насос — что выбрать?
Тепловые насосы «воздух-воздух» являются высокоэффективными установками. Они удобны в эксплуатации, просты в обслуживании и экономически выгодны.
На сегодняшний день существует большой выбор таких систем, и для каждого дома можно подобрать подходящее решение для отопления. Главное — правильно рассчитать их мощность, чтобы они служили эффективно на протяжении многих лет.
Как вы относитесь к эффективности и целесообразности использования тепловых насосов «воздух-воздух»? Поделитесь своим мнением, оставляйте отзывы об опыте использования этих устройств и задавайте вопросы. Форма для комментариев расположена ниже.
