Тепловой насос воздух-воздух

Особенности монтажа ТН системы воздух-воздух

Монтаж ТН воздух-воздух чем-то напоминает установку сплит-системы. В устройстве присутствует два блока – внешний и внутренний, соединенных между собой контуром, по которому циркулирует хладагент.

Наружный или внешний блок теплового насоса, монтируется на улице. Некоторые модели устанавливаются в специальный защитный кожух. Станция настолько легкая, что ее монтаж допускается даже на кровле здания. Рекомендуется, чтобы ТН воздух-воздух устанавливался приблизительно в 2-3 м от входа в жилые помещения.

Внутренний блок размещают таким образом, чтобы потоки нагретого воздуха, максимально эффективно распространялись по помещению. Допускается настенная и потолочная установка.

Централизованное воздушное отопление дома с помощью теплового насоса воздух-воздух, при постоянном проживании, требует использования системы принудительного нагнетания воздуха. Протяженность воздушных каналов и их расположение, тщательно просчитывается во время изготовления проектной документации.

Установка теплового насоса – это сложный технологический процесс, поэтому, выполнение работ выполняют специализированные монтажные бригады, имеющие соответствующую лицензию.

Преимущества и недостатки ТН воздух-воздух

Отзывы реальных владельцев о тепловых насосах системы воздух-воздух, помогают составить точную картину, относительно энергоэффективности использования альтернативных методов обогрева, а также получить представление о существующих преимуществах и недостатках.

Отопление дома ТН воздух-воздух имеет следующие плюсы:

• Экономия средств – даже при значительных первоначальных затратах, теплонасос самоокупается уже через 3-6 лет эксплуатации. Так как оборудование рассчитано на 30-50 лет службы, выгоды очевидны. Затраты на электроэнергию, в течение всего отопительного сезона, в 3-5 раз меньше чем у электрокотла.

Полная независимость от традиционных видов топлива. Главное преимущество отопления ТН воздух-воздух заключается в производстве тепловой энергии, без использования газа, твердого и жидкого топлива, и т.д. При условии установки солнечных панелей, можно отказаться и от внешнего электричества.

Экологичность – во время работы используют возобновляемые источники тепловой энергии, полностью отсутствуют вредные выбросы.

Конечно, у теплонасосов есть свои слабые стороны, которые время от времени пытаются исправить производители. К ним относятся:

• Зависимость КПД от наружной температуры – производители постоянно совершенствуют системы. Современное оборудование способно работать при -15 -25°С. Эффективность при низких температурах заметно снижается, что ограничивает применение модулей для отопления помещений в условиях Севера.

Большие материальные затраты на приобретение и монтаж теплонасоса. Главный недостаток ТН воздух – воздух, по причине которого, станции не получили широкого распространения в отечественных условиях.

Перспективы использования ТН воздух-воздух достаточно оптимистичные. Сравнительно недавно, несколько крупных производителей объявили о разработке модулей, способных работать при отрицательной температуре до -32°С. Постоянно делается акцент на удешевлении продукции, чтобы сделать ее доступной для потребителей среднего класса, улучшается производительность (средние показатели СОР у современных моделей равны 5-8 единицам).

Что такое тепловой насос для отопления частного дома? Как работает?

Специальное устройство, которое способно извлекать тепло из окружающей среды называется тепловой насос.

Применяются такие приборы в качестве основного или дополнительного метода обогрева помещений. Некоторые устройства также работают на пассивное охлаждение здания — при этом насос применяется как для летнего охлаждения, так и для зимнего обогрева.

В качестве топлива используется энергия окружающей среды. Такой обогреватель извлекает тепло из воздуха, воды, грунтовых вод и так далее, поэтому это устройство относят к классу возобновляемых источников энергии.

Важно! Для работы таких насосов требуется подключение к электросети. В состав всех тепловых аппаратов входит испаритель, компрессор, конденсатор и расширительный клапан

В зависимости от источника тепла различают водяные, воздушные и другие устройства. Принцип действия очень похож на принцип работы холодильника (только холодильник выбрасывает горячий воздух, а насос поглощает тепло)

В состав всех тепловых аппаратов входит испаритель, компрессор, конденсатор и расширительный клапан. В зависимости от источника тепла различают водяные, воздушные и другие устройства. Принцип действия очень похож на принцип работы холодильника (только холодильник выбрасывает горячий воздух, а насос поглощает тепло).

Большинство приспособлений работают как при положительных, так и при отрицательных температурах, однако КПД устройства напрямую зависит от внешних условий (т. е. чем выше температура окружающей среды, тем мощнее будет устройство). В общем случае прибор работает следующий образом:

Тепловой насос вступает в контакт с окружающими условиями. Обычно аппарат извлекает тепло из земли, воздуха или воды (в зависимости от типа устройства).

Внутри прибора установлен специальный испаритель, который заполнен хладагентом.

При контакте с внешней средой хладагент закипает и испаряется.

После этого хладагент в виде пара поступает в компрессор.

Там он сжимается — благодаря этому серьёзно повышается его температура.

После этого разогретый газ поступает в систему отопления, что приводит к нагреванию основного теплоносителя, который и используется для отопления помещений.

Хладагент понемногу охлаждается. В конце он превращается обратно в жидкость.

Потом жидкий хладагент поступает в специальный клапан, который серьёзно понижает его температуру.

В конце хладагент вновь попадает в испаритель, после чего цикл нагрева повторяется.

Фото 1. Принцип работы теплового насоса типа грунт-вода. Синим цветом показан холодный теплоноситель, красным — горячий.

Преимущества:

• Экологичность. Такие устройства относятся к возобновляемым источникам энергии, которые не загрязняют атмосферу своими выбросами (тогда как в случае использования природного газа образуются вредные парниковые испарения, а для производства электроэнергии часто применяется сжигание угля, из-за чего также загрязняется воздух).
• Хорошая альтернатива газу. Тепловой насос идеально подойдёт для отопления помещений в случаях, когда использование газа затруднительно по тем или иным причинам (например, когда дом находится вдали ото всех основных инженерных сетей). Насос также выгодно отличается от газового отопления тем, что для установки такого прибора не требуется получать государственное разрешение (но при бурении глубокой скважины его все же придётся получить).
• Недорогой дополнительный источник тепла. Насос идеально подойдёт в качестве дешёвого вспомогательного источника питания (оптимальный вариант — применение газа зимой и насоса — весной и осенью).

Недостатки:

Тепловые ограничения в случае использования водяных насосов. Все тепловые аппараты хорошо функционируют при положительных температурах, тогда как в случае работы при отрицательных температурах многие насосы перестают работать. В основном это связано с тем, что при этом вода замерзает, что делает невозможным её применение как источника тепла.

Могут появиться проблемы с устройствами, которые в качестве тепла используют воду. Если для нагрева применяется вода, то потребуется найти её стабильный источник. Чаще всего для этого следует пробурить скважину, благодаря чему расходы на монтаж устройства могут возрасти.

Внимание! Насосы обычно стоят в 5—10 раз дороже газового котла, следовательно использование таких приборов в целях экономии в ряде случаев может быть нецелесообразно (чтобы насос окупился, потребуется подождать несколько лет)

Как работает тепловой насос системы воздух-вода

Устройство ТН воздух-вода мало чем отличается от обычного кондиционера или холодильника, только при условии работы обратного процесса или цикла Карно. Этот же принцип используется в климатической технике нового поколения. Кондиционеры, работающие на охлаждение, способны протапливать помещение, до тех пор, пока температура не понизится до -5°С.

Технические характеристики теплонасосов воздух-вода существенно улучшены, по сравнению с обычной климатической техникой. Обогрев помещения возможен до тех пор, пока температура не опустится до -15°С -25°С, а в некоторых моделях и до -32°С, включительно.

Если не вдаваться в технические подробности, принцип работы теплового насоса воздух-вода заключается в следующем:

• Низкотемпературные тепловые насосы воздух – вода состоят из контура, по которому циркулирует фреон, испарителя, конденсатора и компрессора.

В испарителе создаются условия для преобразования фреона в газообразное состояние. При этом, поглощается тепло из окружающей среды.

Газ направляется в компрессор, где создается высокое давление, при котором фреон разогревается до температуры 120-125°С и впрыскивается в конденсатор.

Газ в конденсаторе преобразовывается в жидкость, которая отдает тепло.

Данный принцип действия используется во всех тепловых насосах, разница заключается только в различных источниках, для получения тепловой энергии: земля, вода, воздух и т.д.

Производительность теплонасосов напрямую связана с температурой окружающей среды. Эта особенность гарантирует возможность применения ТН воздух-вода в средней и южной полосе России.

Тепловой энергии, получаемой в процессе разогрева фреона, хватит, чтобы нагреть теплоноситель до 65°С. Этой температуры более чем достаточно, для удовлетворения потребностей в горячем водоснабжении и отопления дома, радиаторной системой и теплыми полами.

Данный принцип работы использует низко потенциальную тепловую энергию, что ограничивает эксплуатацию устройства, внешними факторами. Оптимальная температура для теплонасоса воздух-вода, не ниже -10°С (в некоторых моделях 15-20°С). Когда значение падает ниже нормы, работоспособность оборудования резко снижается. Чтобы справиться с данной проблемой, был разработан принцип работы теплового насоса воздух-вода совместно с другими источниками тепла. Как это происходит на практике?

• При падении температуры окружающей среды, насос начинает работать с постоянно увеличивающейся нагрузкой.

Когда показатели доходят до критичных отметок, включается резервный источник тепла: котел, работающий от электричества, жидкого и твердого топлива или газа, обеспечивающий повышение КПД.

Как только, температуры окружающей среды достаточно для полной производительности, котел отключается.

Контроль над включением-отключением отопительного оборудования осуществляется вручную или при помощи автоматики. Опыт эксплуатации показывает, что оптимально будет выполнить подключение в качестве резерва электрокотла.

Ограничение по температуре наружного воздуха делает нецелесообразным и даже невозможным установку воздушного теплонасоса для северных широт.

Расчёт для систем отопления, таблица

Главным показателем, который показывает мощность того или иного теплового прибора, является параметр КПТ (в англоязычной литературе он известен под аббревиатурой COP). КПТ — коэффициент преобразования тепла, который вычисляется путём деления общей мощности устройства на количество потребляемого электричества за единицу времени. Например, некий насос X потребляет 2 кВт/ч электрической энергии, а вырабатывает при этом 5 кВт/ч тепловой энергии — в таком случае значение КПТ = 5/2 = 2,5.

Коэффициент преобразования большинства устройств находится в пределах от 3 до 7, однако чем выше КПТ, тем дороже будет стоить прибор. Следует также помнить, что значение КПТ зависит от температуры окружающей среды — если она слишком низкая, то значение КПТ начнёт стремиться к 1 (фактически для нагрева теплоносителя используется только электричество, а внешнее тепло принимать участие в обогреве здания не будет).

Фото 4. Таблица с расчетом мощности теплового насоса типа воздух-вода от производителя Sapun.

Применение того или иного насоса должно быть оправдано с инженерной точки зрения. Для покупки прибора сперва производят расчёт теплопотерь здания. Для этого используется следующая формула: КТ = (ОЗ * МТП * КС)/860. Расшифровывается она так:

• Количество тепла (единицы измерения — кВт/ч).
• ОЗ — общий объем здания.
• МТП — максимальный температурный перепад. Для определения этого показателя следует отнять температуру в помещении от уличной температуры. Например, вы хотите, чтобы в помещении температура зимой составляла 20 °C, тогда как на улице она будет находиться рядом с отметкой —10 °C — в таком случае МТП = 20 — (-10) = 30.
• КС — специальный поправочный коэффициент, который учитывает тип стен. Для деревянных — показатель КС равен 3—4 единицам, для кирпичных стен — 2—3, для кирпичных в два слоя — 1—2, для кирпичных в 2 слоя с утеплителем — 0,5—1.
• Число 860 — поправочный коэффициент, на который делится итоговое значение, чтобы перевести килокалории в киловатт-часы.

Внимание! Эта формула — приблизительная, поскольку температурный режим здания сильно зависит от его конструктивных особенностей. Поэтому при покупке инженеры рекомендуют покупать отопительный насос «с запасом»

Грунтовой тепловой насос: чем меньше мощность тем дешевле установка.

Стоимость инвестиций прямо пропорциональна тепловой мощности установки. Поэтому, несмотря на то, что коэффициент производительности насоса для грунтовых вод не уменьшается с приходом сильного мороза, стоит рассмотреть применение теплового насоса в бивалентной системе.

Проще всего оборудовать ее электрическим проточным нагревателем воды (как правило, предлагается в качестве дополнительного оборудования – для установки в корпусе теплового насоса). Затем определяется точка бивалентности и для нее определяется необходимая тепловая мощность насоса.

Если насос может отапливать дом, расположенный в III климатической зоне и принимается, что ниже температуры наружного воздуха -10 градусов по Цельсию может ее продвинуть электрический нагреватель, то его тепловая мощность может быть на 25% меньше от проектной тепловой нагрузки. На столько же меньше будет стоимость изготовления грунтового теплообменника.

В рассматриваемом примере вместо мощности 10,9 кВт, достаточно 8,2 кВт. А, в связи с этим, площадь горизонтального теплообменника может иметь 410 м2 вместо 545 м2 и глубина вертикального 164 м вместо 218 метров. Помимо более низкой цены, преимуществом является, следовательно, также меньше количество необходимого места.

Система отопления с тепловыми насосами

Отопление воздух-воздух применяется в быту в локальных помещениях или во всем доме. При переоборудовании котельной газовый, электрический котлы станут дополнительным источником тепла, которые пригодятся при значительных понижениях наружной температуры – в этом случае эффективность ТН падает и резервный нагрев поможет справиться с нагрузкой на систему.

Удобнее всего применять тепловой насос как локальное оборудование местного значения, не придется покупать и устанавливать громоздкие агрегаты, подача тепла осуществляется по гибкой системе с регулированием нагрева, при этом поломка одного устройства не выведет из строя всю систему.

Локальная схема имеет и недостатки:

Сложности с четким направлением потока прогретого воздуха. Без системы воздуховодов направленности не добиться, а протягивать дополнительные трубопроводы не всегда рационально.

Эффективность одного мощного котла прогрева выше, чем совокупная производительность всех тепловых насосов, множество наружных блоков перегрузят фасад.

Максимальная протяженность трассы между внешним и внутренним блоком имеет ограничения. Параметры прописываются в техпаспорте устройств и могут стать препятствием для сооружения локальной сети отопления для офиса внутри небольшого строения.

Если обустраивается централизованная подача с применением теплового насоса воздух-воздух, то приобретается один мощный агрегат, прокладывается центральный воздуховод с отводами в каждое отапливаемое помещение. В стенах необходимо пробивать отверстия под воздуховоды, к тому же теплые потоки, подаваемые с потолка, поднимают пыль – но это единственные недостатки сети.

Плюсов больше:

• контроль температурных показателей нагрева во всех помещениях дома;
• доступность интеграции дополнительного оборудования – фильтров, увлажнителей;
• при снижении теплоэффективности, сеть дополняется прибором рекуперации, что минимизирует утечку тепла;
• одно мощное устройство обслуживать намного выгоднее.

Чтобы не сталкиваться с проблемой перемерзания наружных блоков, рекомендуется наладить систему подготовки воздуха на основе почвенного теплообменника – это упростит работу ТН воздух-воздух при понижении температуры.

Набор элементов для формирования воздушного отопления

Чтобы собрать систему, требуется наличие внешнего, внутреннего блоков и контура для транспортировки хладагента. Также пригодится вентилятор, который будет нагнетать воздух в каналы. Воздуховоды и вентиляционное оборудование пригодятся только при формировании централизованной сети, для локального прогрева хватит блоков и контура.

Внутренний блок устанавливается в помещении, наружный выносится за пределы строения. Установка наружного блока допускается на определенном расстоянии от внутреннего – размер удаления указывается в техпаспорте. Что касается внутреннего модуля, он навешивается таким образом, чтобы подавать тепло в локальную зону с учетом эффективности распространения потоков.

Где применяется воздушная система отопления?

Область использования зависит от типа сети. Прямоточные схемы с постоянным обновлением воздуха в помещении применяются в промышленных цехах, где есть риск скопления взрывоопасных или пожароопасных частиц. Локальный прогрев выгоднее использовать в офисах, частных строениях.

Система выгодна для хозяев домов при условии, если с другими теплоносителями возникают перебои. Например, обустройство газового отопления стартует от 7000$ (450000 руб.) плюс получение разрешений, регулярные проверки, а ТН воздух-воздух стоит от 1000$ (65000 руб.) и уже с первого дня эксплуатации может работать на отопление и охлаждение. Централизованная сеть не потребует разрешений, достаточно правильно просчитать протяженность трубопроводов и мощность агрегата – специалисты возьмут за составление проекта от 150$ (10000 руб.).

Применение теплового насоса для охлаждения

Огромным достоинством тепловых насосов является то, что они способны не только отапливать дом, но и при необходимости охлаждать его. Наше короткое российское лето порою бывает очень жарким, и, когда ваше жилище буквально раскаляется, предложение превратить обогреватель в кондиционер будет очень кстати.

Техническое решение этого вопроса может быть интегрировано в тепловой насос изначально, на стадии изготовления, и практически у всех производителей имеются линейки насосов, умеющих кондиционировать помещение (режим Natural Cooling). Если ваш тепловой насос не обладает такими способностями, не все еще потеряно – работать на охлаждение может и обычный насос. Необходимое для этого дополнительное оборудование в виде гидравлической развязки будет смонтировано вне насоса. Оба варианта не требуют больших капиталовложений.

Нести генерируемый тепловым насосом холод непосредственно в помещение можно разными способами. Эта функция может быть возложена на холодные панели на стенах или потолке, охлаждающий теплый пол, радиаторы отопления с хорошим обдувом или же фанкойл – устройство, в чей корпус встроен обдуваемый вентилятором пластинчатый теплообменник.

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

Эффективность отопления от насоса

Данные установки обладают отличными техническими характеристиками. Агрегаты можно применять для обогрева как отдельных небольших помещений, так и для отопления целого домостроения с обеспечением его горячей водой.

Насосные агрегаты высокоэффективны. Средние показатели работы насоса – на транспортировку 4,5 киловатт тепла, как правило, уходит 1 киловатт электричества. Есть способы повысить производительность воздушного наноса. Для этого на участке между конденсаторным устройством и испарительной камерой устанавливают вспомогательный клапан. Чтобы процесс происходил беспрерывно, в схему насоса можно подключить блок автоматики.

Благодаря широкому выбору насосов всегда можно подобрать устройство необходимой мощности. Это поможет добиться максимальной продуктивности агрегата.

Монтаж насоса экономит средства и время. Он не требует затрат на рытье котлованов, бурение колодцев, проведение сложных линий коммуникаций. Для работы насоса не нужно прокладывать трубопроводы или проводить магистрали от госструктур. Под него не нужно выделять отдельное помещение.

Есть возможность оптимизировать систему. Так, если к устройству подвести солнечную батарею или генератор, то в процессе выработки электричества не будет происходить вредных выбросов.

Оборудование способно вырабатывать тепло даже в условиях очень низких температур. Однако его эффективность будет на порядок ниже.

Оптимальной продуктивности удается достичь при температурах от -10 до +10 градусов Цельсия. При этом от температуры будет зависеть и количество потребляемого прибором электричества.

Принцип действия теплового насоса