Главная Обустройство

Отопление воздух вода принцип работы. Характеристики тепловых насосов системы воздух-вода

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.

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.

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:

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:

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

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.

Тепловые насосы работают от бесплатных и возобновляемых источников питания. Ноу-хау извлекает скрытое тепло из воды, грунта и даже воздуха. Такой вид горячего водоснабжения и отопления помещений относительно новый. И поэтому инженерная система требует тщательного выбора и принятия взвешенных решений.

Устройство и принцип работы теплового насоса

Ученые ищут альтернативные источники энергии. Причин для этого несколько. Основные из них: ограниченность ресурсов земли, экономия средств и экологичность систем.

Тепловой насос является одним из примеров использования энергии из окружающей среды. Она поступает из грунта, воздуха или воды. Поэтому устройства делятся на следующие типы: «рассол - вода», «воздух - вода» и «вода - вода». Также тепло может поступать напрямую в воздух через вентиляцию.

Идея тепловых насосов родилась в 1982 в Великобритании. Спустя три года Петер Риттер фон Риттингер доработал ее и реализовал первую в мире подобную систему. Он и является официальным изобретателем теплового насоса.

Дальше пошел Роберт Вебер, который начал извлекать энергию из почвы. А натолкнуло его на это случайность. Прикоснувшись к горячей трубе, он осознал, что тепло произвольно выходит наружу. И его можно использовать вторично.

Путем экспериментов, он начал прогонять воду по спиральной трубе, одновременно нагревая воздух и воду. Так был разработан принцип действия теплового насоса.

Сегодня с его помощью обогревают такие объекты:

частные дома,
детские аквапарки,
учебные заведения,
офисные центры,
бассейны,
торговые комплексы.

Для теплового насоса прокладывается трубопровод под поверхностью почвы. Термоноситель проходит по его конструкции и нагревается на несколько градусов. В испарителе собранное тепло передается насосу. При этом закипает хладоген при высоком давлении и температуре в -50 °С. В компрессоре образуются пары. Низкопотенциальная энергия под давлением превращается в высокопотенциальную. Далее в конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и термоносителем. Нагретая вода поступает в систему водоснабжения, а остывший хладоген продолжает циркулировать в конструкции.

Тепловые насосы обладают такими характеристиками:

стоимость,
отапливаемая площадь помещения,
мощность,
размеры, занимаемые оборудованием,
источник энергии,
расход электроэнергии,
срок эксплуатации.

Устанавливается система, как при строительстве нового дома, так и при утеплении старого.

Преимущества и недостатки системы

Тепловой насос для отопления отличается рядом преимуществ по сравнению с газовыми, твердотопливными котлами:

пожарная безопасность,
бесплатная скрытая энергия из окружающей среды,
упрощенные требования к вентиляции помещения,
возможность кондиционирования в жаркую пору,
автономность,
легкость в управлении,
без дымохода,
относительная компактность оборудования,
бесшумность,
не взрывоопасно,
отсутствует топливный запах,
эксплуатация 16 - 20 лет до капитального ремонта.

С другой стороны у системы есть свои недостатки:

нагрев воды до максимального значения в 50 - 60 °С,
большой размер госпошлины на ввоз оборудования,
длительная окупаемость системы в 5 - 10 лет,
необходимость разового крупного вклада средств,
сложность монтажа подземных локаций,
мало практического использования на территории страны,
снижение эффективности насоса при большем нагреве воды.

Типы устройств

Компрессионные насосы функционируют от электрической сети, а абсорбционные еще от топлива.

В зависимости от типа источника энергии, нагревающие устройства делятся на геотермальные тепловые насосы, воздушные аналоги и системы на вторичном сырье.

Геотермальные системы используют тепло подземных/наземных вод или грунта. Они бывают закрытого или открытого вида.

Закрытые системы подразделяются на:

горизонтальные насосы с собирающим устройством, расположенным ниже уровня промерзания почвы,
вертикальные с погружением коллектора в скважины на глубину 100 - 200 м,
водные насосы с поглощающими кольцами в водоемах.

Открытые насосы возвращают воду обратно после прохождения нею трубопровода. На практике такое возможно при большом ее резерве и при получении разрешения со стороны экологической инстанции.

Воздушные тепловые насосы извлекают скрытое тепло из воздушных масс при температуре до -20°С.

Тепло трубопроводов, то есть вторичное тепло, целесообразно использовать на крупных промышленных предприятиях.

Насосы могут генерировать 100% тепла в помещения, либо служить дополнительным источником отопления. Такая эксплуатация называется моновалентной и бивалентной соответственно.

Ряд современный кондиционеров выполняют функцию отопления «воздух - воздух». Но диапазон их температур ограничен. Если тепловой насос обеспечивает круглогодичное тепло, то автономный аналог не работает при отрицательной температуре.

Расчет и подбор тепловых насосов для дома

При установке насосной системы отопления лучше отдать предпочтение полам с подогревом, чем радиаторам. Потому что, чем меньше разница температуры между источником тепла и ее необходимым уровнем, тем эффективнее обогрев.

Важно понять, позволяет ли участок проведение работ по укладке коллектора. Для горизонтальной сети необходима большая территория. При этом над ней нельзя возводить сооружения, поскольку почва не будет получать необходимую солнечную энергию.

Если в доме есть хорошая вентиляционная система, то в нее можно интегрировать систему отопления по воздуху.

Мощность теплового насоса подбирается в зависимости от режима его использования. Вспомним, что бывает моновалентное и бивалентное использование оборудования. В нашей стране холодное время года занимает небольшую часть времени, а именно 35 - 40 суток с температурой ниже -10°С. Поэтому целесообразней в этот период подключать традиционный обогрев. А в остальное - бивалетные тепловые насосы для дома для снижения цены системы. Это сэкономит средства на земельных работах по установки сложной сети отопления. При этом оптимальным распределение мощности будет соотношение 60:40. Где большая нагрузка идет на технологию ноу-хау.

При периодическом отключении электроэнергии стоит увеличить силу насоса на корригирующий коэффициент. Который равняется 0,3 за каждый час без электричества в расчете на сутки.

Понятно, чем выше температура источника энергии, тем эффективнее будет работать система альтернативного обогрева. Для нее есть несколько вариантов источников питания.

В теплых регионах производительными будут тепловые насосы «воздух - воздух» и «воздух - вода». В регионах средних широт такое оборудование целесообразно использовать, как бивалентное вместе с обычным источником отопления и водонагрева.

Тепловой насос «вода - вода» лучше проектировать с забором воды из скважин, чем из открытых водоемов. Поскольку последние зимой промерзают до дна.

Но не всегда вблизи дома находятся подземные воды или водоем. Универсальным вариантом является система, которая извлекает тепло из грунта. Поскольку он находится повсюду. При этом на глубине 2,5 - 3 м его температура составляет в среднем за год +10 °С. Которая существенно не меняется в холодную пору.

Горизонтальные коллекторы для сбора тепла дешевле. Но имеют ряд недостатков по сравнению с вертикальными аналогами:

температура на глубине больше, чем под верхним слоем грунта,
на поверхности могут расти лишь малые зеленые насаждения.

На участке с вертикальными теплообменниками можно высаживать деревья и возводить сооружения.

Насосную установку можно собрать самостоятельно, но лучше обратиться к специалистам. Потому что ее конструкция сложная и дорогостоящая. А качественные инструкции по последовательному сбору отсутствуют.

При продуманной системе управления возможно поддержание разной температуры в разных помещениях дома.

Тепловые насосы имеют положительные отзывы за границей. К сожалению, на территории нашей страны альтернативный источник питания остается дорогим удовольствием без широкого практического применения. Поэтому целесообразней отдать предпочтение международным производителям насосов. Их технологии проверены на деле.

При установке тепловых насосов необходимо позаботиться о дополнительном утеплении помещения. Комплекс работ охватывает замену стеклопакетов, покрытие стен теплоизоляционным материалом.

Стоимость тепловых насосов

Капиталовложения в систему отопления зависят от ее типа, производителя оборудования, объемом буровых работ и тарифов на электричество.

Цена на геотермальные тепловые насосы при установке зонда составит:

устройство - 7500 у.е.,
монтаж системы - 7500 у.е.,
эксплуатационные расходы - 500 у.е. в год.

Системы с горизонтальным коллектором:

насос - 7500 у.е.,
установка - 3700 у.е.,
ежемесячные расходы - 560 у.е.

Тепловой насос «вода - вода»:

оборудование - 7500 у.е.,
монтажные работы - 5000 у.е.,
стоимость электроэнергии - 450 у.е.

Воздушная система отопления является самым недорогим аналогом. Так как не требуются земляные работы. Тем не менее, эксплуатационные затраты выше:

насос - 10000 у.е.,
установка - 620 у.е.,
обслуживание - 750 у.е.

Купить тепловой насос значит приобрести:

само оборудование,
буферную емкость,
бойлер для нагрева воды.
систему коммуникаций между всеми элементами,
пульт управления и контроля.

А земельные работы подразумевают под собой такие этапы:

очистка территории от растительности и твердых элементов, как камни,
бурение необходимого количества скважин или траншей,
укладка и обустройство коллекторов,
сооружение проверочных колодцев,
подключение трубопровода к системе отопления, водоснабжения или вентиляции,
рекультивация территории,
настойка системы.

Производители тепловых насосов

Самодельный тепловой насос - это здорово, но не надежно. Поэтому лучше обратить внимание на именитых производителей. Которые тестируют свои технологии, а их специалисты вовремя придут на помощь при монтаже, ремонте и обслуживании оборудования.

NIBE Industrier известная международная компания по производству отопительных систем. Ее разработки используют альтернативные и экологические источники питания. Продукция NIBE сертифицирована в Европе и Америке. А значит, соответствует параметрам надежности и эффективности.

Viessmann имеет 100 - летнюю историю разработки холодильных, отопительных и климатических систем. Теплонаносная техника изготавливается и модернизируется на протяжении уже 30 лет. С самого момента зарождения принципа использования экологического тепла. Насосы реализуются в 70-ти странах мира при производстве в 10-ти из них.

Отопительную технику реализует международная немецкая компания Vaillant. Но оборудование на возобновляемой энергии является лишь одним из направлений ее деятельности. Экспорт производителя охватывает 60 стран.

Украинская компания ООО «ФЛАЙ-ТЕК» предлагает системы, собранных из зарубежных комплектующих. Стоимость ее тепловых насосов на 30% ниже международных аналогов.

На украинском рынке 10 лет функционирует фирма «Синтэк». Она производит отопительное оборудование под торговой маркой SintSolar. В 2000 году была награждена за разработки эффективных технологий.

Краснодарская компания «Атмосистемы» в 2005 году запустила выпуск тепловых насосов. После - стала дистрибьютором международного производителя Heliotherm. Последний является единственным изготовителем теплонасосов, который был выдвинут на Государственную премию в Австралии в области технологии сохранения окружающей среды и энергии.

Уход за тепловыми насосами

Техническое обслуживание подразумевает ежегодный профессиональный осмотр всех элементов системы.

Включать насос необходимо спустя несколько часов после установки, чтобы система предварительно прогрелась.

Промывка системы отопления, аварийный ремонт и техобслуживание обычно гарантируется производителем. Поэтому сохраняйте документы, подтверждающие покупку и установку оборудования.

Иногда целесообразно воспользоваться услугой дистанционного контроля качеством работы тепловых насосов. Это позволит быстро среагировать на отклонения в работе системы. Ее предоставляет продавец систем.

Использование возобновляемых источников энергии (геотермальной, солнечной, воздуха) для отопления помещений позволяет сэкономить до 50% затрат на энергоносители. Для реализации этой идеи в частных домах устанавливаются энергии во внутреннее тепло.

Хорошее решение для отопления дома

Этот тип тепловых насосов уступает в эффективности геотермальным и солнечным коллекторам, но менее требователен к условиям монтажа, наружный теплообменник устанавливается на открытом участке рядом с домом или крыше. Теплопроизводительности приборов недостаточно для 100% покрытия потребности в тепле при сильных морозах, но они значительно снижают затраты на отопление в межсезонный период. Оптимальным вариантом считается использование теплого насоса в комплексе с традиционными обогревателями.

На чем основана работа инверторного теплового насоса воздух-вода с контроллером: принцип действия, схема, монтаж, устройство

Принцип работы основан на отдаче тепловой энергии от циркулирующего внутри труб хладагента при переходе в жидкое состояние в конденсаторе. Это тот же цикл Карно, по принципу которого работают холодильные агрегаты, но внешним источником энергии является воздух, а внутренним — вода в системе отопления. Воздух поступает в испаритель и нагревает циркулирующий хладагент. Обычно змеевик медный и выдерживает высокие давления. После нагрева жидкость начинает испаряться, пары поступают в конденсатор и выделяют тепло при сжатии. Далее цикл повторяется, тем теплее наружный воздух, тем эффективнее работа . Тепловой насос воздух-вода выбирает большинство жителей нашей страны.

Логично, что при минусовой температуре воздуха эффективность теплоотдачи снижается. По этой причине тепловые насосы устанавливаются в комплексе с , например, электрическими ТЭНами. Схема подключения оборудования к системе отопления при аткой альтернативе включает в себя:

Воздушный тепловой насос.
Бак для получения горячей воды.
Два ТЭНа: для компенсации недостающей тепловой мощности и для нагрева воды.
Циркуляционные насосы отопительных контуров (отдельный для радиаторов)
Смеситель.

Аналогичным образом тепловой насос подключается к отопительным системам с газовыми, жидкими и твердотопливными котлами. Практика показывает, что максимальная эффективность достигается при подсоединении к теплым полам, а не радиаторным системам.

Техника постоянно развивается и совершенствуется. По конструктивному исполнению модели различаются на сплит и моноблочные. В первом случае наружный теплообменник имеет мощный вентилятор для забора воздуха и располагается на открытом участке рядом с домом. Конденсатор может быть во внешнем или во внутреннем блоке, первый вариант ценится за бесшумность, подключение к системе отопления дома осуществляется через тепловые трубки. Моноблок соединяет вентилятор и конденсатор в едином корпусе, такое исполнение более шумное. Некоторые модели подключаются не только к системам отопления, но и вентиляции или используются теплоту отработанного воздуха внутри помещения. Выбор теплового насоса с возможностью реверсного режима позволяет использовать его для охлаждения помещений летом (но такое исполнение чаще встречается у насосов воздух-воздух).

Преимущества и недостатки отопления дома, согласно отзывов владельцев: модель Nibe, Mitsubishi, Danheat, Дайкин, китайские и российские производители

К явным плюсам относят повышение эффективности системы отопления за счет бесплатного возобновляемого энергоносителя. Насос типа воздух вода стоит дешевле геотермального или работающего по принципу вода-вода и в сравнении с ними практически бесшумен. У некоторых моделей теплопроводные трубки нуждаются в изоляции, но особых сложностей при укладке небольшого утепленного участка не возникает. Вне зависимости от типа насоса он зависим от подключения к электросети. Но это не считается недостатком, ведь на каждый потребленный 1 кВт электрической, тепловой насос выдает не менее 3 КВт тепловой и, что немаловажно, экологически чистой энергии. Продукты сгорания отсутствуют, нет необходимости в организации дымоходов.

Теплоотдача идет за счет бесплатного возобновляемого энергоносителя

Недостатки тепловых насосов ощущаются в зимнее время. Несмотря на заявления производителей о круглогодичной эффективности, воздушные теплонасосы лучше выключить при температуре воздуха ниже -7°C. КПД при минусовых температурах неизбежно падает, без проблем зимой функционирует лишь промышленный тепловой насос (со способностью нагрева воды до 90 °С). Но даже эти модели не рекомендуют к эксплуатации при -25 °С.

Расчет мощности: цена насоса зависит от многих факторов

Ориентировочно на 100 м 2 потребуется насос с теплопроизводительностью в 5кВт, на 300 м 2 от 21. Стоимость теплового насоса напрямую зависит от его тепловой мощности, в данном случае запас не предусматривается (он просто не окупится). Для определения точного значения теплопроизводительности рекомендуется провести расчет мощности теплового насоса с учетом не только отапливаемого объема, но и климатических особенностей региона, степени теплоизоляции здания. Существуют программы с подбором необходимой площади змеевика, такая информация важна при самостоятельном изготовлении оборудования.

Правила эксплуатации в бассейне с горячей водой: делаем ТО своими руками

Тепловые насосы полностью автономны и не требуют особых условий размещения, но, как и любое отопительное оборудование, они нуждаются в ежегодной профилактике. Для предотвращения неполадок рекомендуется:

Проводить периодический контроль температуры масла в компрессоре.
Осматривать и очищать фильтры.
Удалять мусор из наружного теплообменника, загрязнения с термодатчиков.
Проверять герметичность всей системы, особое внимание уделяется местам соединений.
Установить сетевой фильтр, проверять состояние электропроводки.

Не рекомендуется эксплуатация при отклонении от диапазона разрешительных внешних температур. Эта рабочая характеристика зависит от модели теплового насоса и обязательно прописывается в инструкции. В среднем это -25 °C при работе в режиме нагрева и +40 °C при включения реверсного охлаждения.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Важным фактором является температура масла в компрессоре. Запуск теплового насоса с холодным маслом возможен, но при таком включении оборудование быстро выходит из строя. Рекомендуется задействовать систему подогрева масла в компрессоре: просто включить его первым и выдержать 3-4 часа. При соблюдении всех требований компрессор прослужит долго (европейские производители дают гарантию до 50 лет). Тепловой насос воздух-вода широко применяется владельцами частных загородных домов.

Тепловой насос системы воздух-вода является одним из видов современных источников отопления и горячего водоснабжения жилищ. Пик развития альтернативных источников теплоснабжения домов приходится на сегодняшний день. Поэтому тепловые насосы системы воздух-вода наряду с аналогичными агрегатами пользуются все возрастающей популярностью, однако их применение сопровождается своими особенностями.

Конструкция теплового насоса системы воздух вода представляет собой два блока, наружный и внутренний. Наружный блок очень похож на тот же у инверторного кондиционера. С его помощью происходит принудительное нагнетание воздуха, служащего для насоса основным источником тепловой энергии. Нагнетание воздуха происходит во внешний теплообменник насоса, где он контактирует с хладагентом, циркулирующим по системе трубок. За счет того, что температура хладагента существенно ниже температуры окружающей среды, от воздуха к нему происходит передача тепловой энергии.

В результате данного теплообмена хладагент переходит в газообразное состояние. Образовавшийся газ поступает в компрессорный блок, где сжимается, приобретая еще более высокую температуру. После этого хладагент попадает в конденсатор, который является составляющей внутреннего блока теплового насоса, где происходит его преобразование обратно в жидкость. Данный процесс сопровождается нагревательным эффектом. Далее жидкий хладагент отправляется обратно в наружный блок насоса, а повышенное давление, полученное в компрессоре, стравливаетсяиз системы через предназначенный для этого клапан.

Основную часть внутреннего блока теплового насоса представляет водяной бойлер. Его объем определяется из расчета порядка 100 литров на 100 квадратных метров помещения.Он выполняет две основные функции: аккумуляция полученного из окружающей среды тепла, а также осуществление горячего теплоснабжения дома. От данного бойлера отходит разветвленная система отопительных контуров, цель которой перекрыть потребность всех помещений в теплоснабжении. Так в самых общих чертах выглядит принцип работы теплового насоса системы воздух-вода.

Агрегаты, занимающие нишу тепловых насосов воздух-вода, представлены на рынке большим разнообразием моделей. Представители, обладающие разным функционалом, могут разительно отличаться по цене. Поэтому, зная свои потребности, лучше всего подбирать агрегат максимально близко их удовлетворяющий и не превосходящий в значительной мере.

Самые продвинутые модели предполагают использование для управления ими различного высокотехнологичного оборудования. В частности, для регулировки рабочих циклов агрегата могут быть использованы термостаты, Wi-Fi модули, позволяющие осуществлять контроль над агрегатом даже со смартфона и различные программаторы. Если в этом нет необходимости, и вполне устроит управление максимально приближенное к ручному, то нет смысла переплачивать.

Далеко не все модели тепловых насосов системы воздух-вода предполагают наличие функции горячего водоснабжения, кроме отопления. Наличие и отсутствие данного функционала также значительно влияет на конечную стоимость насоса.

Эффективность разных агрегатов также неодинакова. Основная масса моделей может действенно обогревать помещение при температуре окружающей среды не меньше 15 градусов по Цельсию ниже ноля. Однако некоторые производители производят насосы, эффективно забирающие тепловую энергию из воздуха, температура которого может опускаться вплоть до 32 градусов по Цельсию ниже ноля.

Таким образом, на окончательный выбор насоса будут влиять потребности конкретного потребителя и условия эксплуатации насоса.

Определение необходимой мощности

При определении необходимой мощности агрегата, прежде всего, нужно исходить из принципа перекрытия тепловым насосом всех потребностей в теплоснабжении и нивелирования тепловых потерь дома.

Необходимая мощность зависит также и от типа теплового насоса. Если тепловой насоссистемы воздух-вода используется как для отопления, так и для горячего водоснабжения, то и расчет мощности нужно производить для каждой из этих целей в отдельности. После этого определяется совокупная мощность агрегата.

Для расчета мощности теплового насоса, необходимой для обеспечения горячего водоснабжения нужно знать несколько переменных:

Первая – это разница температур между водой, поступающей в систему и той, которая получается на выходе. Как правило, требуемая температура горячей воды колеблется на уровне 60 градусов по Цельсию.
Вторая – объем воды, используемой в рассматриваемый период. Как правило, берется в отдельности светлое и темное время суток, так как температура в эти периоды отличается.
Третий – коэффициент полезного действия насоса. Этот показатель отражает отношение вырабатываемой агрегатом тепловой энергии к затраченной электрической энергии.

Для расчета мощности теплового насосасистемы воздух-вода,необходимой для горячего водоснабжения, нужно разницу температур воды умножить на частное объема ее потребления и КПД насоса, а затем результат умножить на коэффициент 1,16.

Формула с использованием условных обозначений выглядит следующим образом:

ДельтаT x V/K*1,6

Если при расчете использовать в качестве единицы измерения для воды тонны, то результат получится в киловаттах, если литры, то, соответственно, в ваттах.
При расчете мощности насоса, необходимой для отопления помещения, большую роль играют его тепловые потери. Количество переменных, которые необходимо учитывать при расчете тепловых потерь достаточно велико. Поэтому для их расчета целесообразней будет использовать специальные онлайн калькуляторы. Найти их, введя соответствующий запрос, достаточно просто.

Данные калькуляторы учитывают высоту потолков, материалы, из которых выполнены стены, потолок, пол и двери, размеры проемов и многие другие факторы. Для дальнейшего расчета требуемоймощности теплового насосасистемы воздух-вода полученную в калькуляторе величину умножают на площадь здания в метрах. Нормальный показатель тепловых потерь для теплоизолированного помещения равняется примерно 0,05 киловатт на метр квадратный.

Для определения совокупной мощности теплового насоса, полученные показатели складываются. Однако для надежности следует выбирать агрегат на 10-15% мощнее полученного результата. Это связано с тем, что иногда производители завышают показатели эффективности своих насосов. Кроме того, данный расчет не учитывает затраты энергии на поддержание необходимой температуры воды в бойлере в тот момент, когда она не расходуется и остывает.

Особенности установки и эксплуатации

Конструкция тепловых насосов системы воздух-вода предполагает проведение довольно трудоемких и требующих высокой квалификации работ. Браться за их самостоятельное проведение стоит только в случае наличия опыта в данной сфере.

Выделяют ряд особенностей, с учетом которых должен проводиться монтажданного агрегата:

Размещение внутреннего блока производится не в жилой комнате, а в специально предназначенном для этого техническом помещении.
При установке внешнего блока предполагается сооружение конструкции, которая будет защищать его от негативных воздействий внешней среды (как правило, атмосферных осадков).
Установка внешнего блока теплового насоса системы воздух вода производится вблизи от дома на металлический каркас.
Наиболее эффективным в плане нагрева помещения будет создание разветвленного отопительного контура под поверхностью напольного покрытия, вместо монтажа радиаторов отопления.

Кроме монтажа, ряд характерных особенностей имеет и эксплуатация данных систем.

Несмотря на высокую автономность, эти тепловые насосы требуют периодического проведения мероприятий по их обслуживанию:

Замена очистительных фильтров для воды;
Чистка внешнего блока насоса, в особенности теплообменной системы;
Мониторинг состояния электропроводки;
Осмотр труб и шлангов для воды и хладагента на предмет протечек;
Смазка ходовой части вентилятора системы нагнетания воздуха;

Соблюдение этих несложных правил позволит продлить срок службы теплового насоса и сэкономить на восстановительных работах.

Выгода от использования

Основное направление деятельности при создании альтернативных источников отопления – это получение необходимой эффективности агрегата при минимальных затратах средств. В этом плане тепловой насос воздух-вода показывает себя наилучшим образом.

Показатель эффективности таких конструкций (СОР, он же КПД) красноречиво говорит об их рентабельности. Среднее значение данного показателя составляет порядка 4 единиц. Это значит, что количество вырабатываемой насосом тепловой энергии вчетверо превышает количество затраченной электроэнергии. В зависимости от модели, тепловые насосысистемы воздух-вода от 1/2 до 4/5тепла получают из внешней среды. Она является неиссякаемым и бесплатным источником энергии для отопления дома.

Однако не все так радужно. Главным минусом такого способа отопления является его прямая зависимость от температуры окружающего воздуха. Существуют определенные нижние границы температур, при опускании ниже которых эффективность теплового насоса резко падает. Но это компенсируется выбором соответствующей модели. Некоторые из них эффективно работают при морозах вплоть до 32 градусов.

Кроме этого, от экстремальных морозов можно застраховаться, установив резервный источник отопления.Он не будет зависеть от температуры наружного воздуха и будет использоваться только в крайних случаях.

Развитие прикладной науки позволяет из года в год повышать качество жизни. Внедрение современных и более эффективных технологий делает ее проще и приятней. К одному из таких явлений прогресса можно отнести и появление тепловых насосов воздух-вода, которые при верных расчетах с легкостью удовлетворят потребности практически любого частного дома в отоплении и горячем водоснабжении.

Современный тепловой насос воздух вода - устройство исключительно полезное. Даже если температура наружного воздуха приближается к нулю, с его помощью можно успешно обогревать довольно большие помещения. Если тепловые насосы типа «земля-вода» или «вода-вода» проще монтировать в частном доме с просторным участком, то модель типа «воздух-вода» без проблем устанавливается в городских зданиях, как жилых, так и офисных.

Как работает данная система?

Окружающий нас мир полон энергии, нужно только собрать ее и правильно использовать. Для этого и предназначены тепловые насосы воздух вода. С их помощью можно собрать низкопотенциальную энергию из окружающей среды и преобразовать ее в высокопотенциальное тепло, способное обогреть жилище весьма эффективно. Специалисты называют этот процесс обратным принципом Карно, на основе которого работают холодильные установки.

С помощью мощного вентилятора снаружи забирается обычный воздух. Он контактирует с испарителем, внутри которого находится хладагент, циркулирующий по змеевику. Нагреваясь, хладагент испаряется и поступает в компрессор. Здесь он сжимается и нагревается до температуры около 75 градусов и под давлением поступает в конденсатор. Там хладагент конденсируется и переходит в жидкое состояние, отдавая тепло домовой отопительной системе. Жидкий хладагент поступает в испаритель, где нагревается под действием наружного воздуха и т. д. Цикл «нагрев-испарение-сжатие-конденсация» повторяется снова и снова.

Внешний блок теплового насоса воздух-вода размещают на участке, выбирая для этого недалеко от дома место с хорошей циркуляцией воздуха

Преимущества и недостатки такого отопления

Современный тепловой насос типа воздух вода эффективен и позволяет заметно сэкономить на отоплении, поскольку:

воздух можно назвать самым доступным и дешевым возобновляемым ресурсом;
стоимость монтажа такого агрегата обойдется дешевле, чем установка других видов теплового насоса (грунт-вода, вода-вода и т. п.), а весь процесс осуществляется проще и быстрее;
обогрев можно осуществлять даже при отрицательной температуре наружного воздуха;
устройство работает почти бесшумно;
обеспечивается эффективный воздухообмен внутри помещения;
управление установкой можно осуществлять в автоматическом режиме.

Действительно, при сооружении воздушного теплового насоса не нужно бурить скважины или проводить масштабную выемку грунта, не нужно сооружать теплообменник для наружного контура и т. д. Понадобятся два небольших канала, по которым воздух будет забираться, а затем возвращаться наружу. Для этого в земле укладывают два небольших трубопровода. Существуют и модели, не нуждающиеся в таких трубопроводах.

Для теплового насоса «воздух-вода» понадобится большой вентилятор, который будет подавать воздушные потоки к испарителю. Лопасти вентилятора должны быть закрыты решеткой

Недостатков у этой конструкции немного, однако их следует учитывать. Хотя и считается, что воздушный теплонасос может эффективно работать круглый год, все же лучше использовать его в местности с мягкой и теплой зимой. Не рекомендуется включать такой тепловой насос при температуре ниже -7 градусов. При этом КПД системы в зимнее время будет ниже, чем весной или осенью. Хотя производители утверждают, что промышленные модели тепловых насосов этого типа могут вполне успешно работать и при -25 по Цельсию. В местности с суровым климатом самым выгодным вариантом может оказаться сочетание теплового насоса и традиционного отопительного котла, который включается только при наступлении сильных холодов.

Разумеется, для работы любого теплового насоса необходима электроэнергия. На каждый затраченный киловатт электроэнергии устройство позволяет получить 3-4 кВт природной энергии. Поэтому в конечном счете использование теплового насоса для отопления экономически выгодно по сравнению с затратами на обогрев газом, дизельным, твердым топливом или на отопление с помощью электрического котла. Однако забывать о зависимости системы от наличия электроэнергии не стоит.

Алгоритм сборки самодельного агрегата

Почти все элементы воздушного теплового насоса можно изготовить самостоятельно. Компрессор рекомендуется снять с обычной сплит-системы. Как правило, такой прибор имеет подходящие характеристики и работает достаточно бесшумно. Помимо компрессора понадобится ряд материалов:

металлический бак из нержавейки, объемом 100 л или более;
пластиковая бочка с широкой горловиной;
трубы из меди различного диаметра (толщина стенок трубы - не менее 1 мм);
набор муфт и переходников;
электроды;
сливной кран;
отвоздушиватель ДУ-15;
предохранительный клапан;
манометры;
устройства для автоматического управления;
кронштейны для крепления элементов системы;
фреон и др.

Обратите внимание! При включении компрессора потребуется достаточно большой ток, поэтому рекомендованная расчетная нагрузка электросчетчика в доме должна быть не менее 40А.

Чтобы сделать воздушный тепловой насос, необходимо:

Запастись подходящим компрессором и кронштейнами для его монтажа на стену. Чтобы сделать тепловой насос мощностью 9кВт, понадобится компрессор на 7,2 кВт.
Изготовить из медной трубки змеевик, равномерно намотав трубу вокруг баллона нужного диаметра.
Для изготовления конденсатора разрезать пополам стальной бак на 100 литров, вставить внутрь медный змеевик.
Заварить бак и установить резьбовые соединения. Для установки готового конденсатора также понадобятся кронштейны.
Разрезать пластиковую бочку, чтобы сделать испаритель.
Вставить в испаритель медный змеевик из трубы на ¾ дюйма.
Для монтажа испарителя на стену нужен еще один набор L-образных кронштейнов.
Соединить элементы в общую систему.
Пригласить мастера по холодильному оборудованию, который проверит качество сборки и закачает в систему хладагент.

После этого необходимо обеспечить забор наружного воздуха и его сброс для контакта с испарителем, а также подключить устройство к системе отопления дома.

Чтобы сделать змеевик из медной трубки для теплового насоса «воздух-вода», можно взять баллон подходящего диаметра из-под фреона или газа и аккуратно намотать трубку на него

Компрессор для теплового насоса «воздух-вода» можно снять со сплит-системы, удостоверившись, что у него достаточная мощность. Для изготовления конденсатора подойдет металлический бак

Основные принципы работы воздушного теплового насоса представлены в видеоматериале на примере промышленной модели:

Обратите внимание, что если принято решение использовать тепловой насос параллельно с отопительным котлом, рекомендуется при подключении использовать .

Несколько слов о расчетах мощности

Перед началом работ по созданию насоса, следует определиться с его мощностью. Не стоит делать агрегат «с запасом», поскольку это повлечет совсем не нужные материальные расходы. Недостаток мощности скажется на эффективности работы системы, в этом случае в доме будет слишком холодно.

Специалисты для подробных расчетов мощности теплового насоса используют специальные программы, которые позволяют определить и другие параметры, например, площадь медного змеевика и т. п. Народные умельцы поступают проще - используют он-лайн калькуляторы, которые установлены на некоторых профильных сайтах. В специальные поля следует ввести данные о:

регионе, в котором находится помещение;
общей площади частного дома;
высоте потолков в комнатах;
степени утепления здания.

На основании этих данных программа выдаст расчетную мощность теплового насоса. Разумеется, чем лучше утеплено здание, тем меньше тепла понадобится для его обогрева, поэтому решить проблему теплоизоляции рекомендуется еще до начала монтажа. Для вас же мы приводим ориентировочные данные для общего ознакомления.

Ориентировочная зависимость необходимой теплопроизводительности ТН от площади дома с хорошими теплоизоляционными свойствами

Технология правильного обслуживания

Работа тепловых насосов регулируется автоматически, поэтому никакого особого ежедневного ухода эта система не требует. Все же рекомендуется периодически, хотя бы раз в год, осматривать все элементы системы, чтобы выявить возможные неполадки и предотвратить их. Владельцу теплового насоса следует:

Проверять состояние всех имеющихся фильтров и прочищать их.
Контролировать температуру масла в компрессоре (оно должно быть теплым).
Удалять мусор, попавший в наружный теплообменник.
Удалять пыль и грязь с температурных датчиков.
Проверять состояние проводки и линии подключения.
Осматривать шланги, трубы и места их соединений, выявляя протечки.
При необходимости смазывать соответствующие точки двигателя и вентилятора.

Обычно компрессор снабжен системой подогрева масла. Перед запуском насоса следует на несколько часов оставить его включенным, чтобы масло успело прогреться. Без этой предосторожности оборудование может очень быстро выйти из строя.