Тепловой насос типа воздух-вода: обзор технологии самостоятельного конструирования. Тепловой насос “воздух-воздух”: принцип действия, устройство, подбор и расчеты Как работает тепловой насос

В нашем современном технологически развитом мире энергия вырабатывается и расходуется в невероятно огромных количествах. Причем в последние десятилетия вследствие стремительного исчерпания земных ресурсов резко встал вопрос о поиске альтернативных энергетических источников. В то же время наука старается решить вопрос сохранения оставшихся природных запасов. Одним из устройств, созданных с целью экономии энергии, является тепловой насос "воздух-вода".

Существуют различные модели этого устройства, но основная его задача остается неизменной - отопление сооружений. Тепловые насосы "воздух-вода" работают по следующей схеме: прибор передает энергию уличного воздуха воде, которая распространяется по сети теплоснабжения. В результате дом обогревается независимо от основных энергетических источников. Благодаря тому, что воздух - ресурс пока что еще неограниченный, тепло может вырабатываться бесконечно. В результате во время отопления дома с помощью электричества при включении таких насосов экономия электроэнергии достигает в зимнее время - до 300%, а в летнее - до 600%.

Имеют неоспоримые преимущества перед

традиционными обогревателями. Их легко устанавливать, они компактны и экологически безопасны. Функционирует тепловой насос "воздух-вода" автоматически и не требует в процессе эксплуатации наличия специальных технических знаний и дополнительного обслуживания. К тому же устройство великолепно вписывается в интерьер.

Работает тепловой насос "воздух-вода" по следующей схеме. Блок, находящийся снаружи здания, при помощи хладагента вбирает тепло из воздуха. Оказавшись в компрессоре, хладагент сжимается, вследствие чего его температура повышается. Получив газообразную форму, хладагент переходит в теплообменник, находящийся внутри помещения, отдает тепло воде, а затем возвращается в наружную часть устройства. Далее весь цикл повторяется.

Благодаря техническому совершенствованию, тепловой насос "вода-воздух" имеет компактный размер. Системы подачи фреона и электричества упрощаются с появлением новых моделей. Подача воды происходит прямым путем, а не из бака, где она может застояться в течение длительного времени. Охлаждение происходит так же, как и обогрев, но в обратном порядке: хладагент отдает все тепло воды наружу. Внутренний блок анализирует показания датчиков и определяет, когда именно нужно

подключить внешний блок, а когда отключить. А при необходимости большего количества тепла начинает действовать дополнительный нагреватель.

Эффективность работы таких устройств, как тепловой насос "воздух-вода", объясняет тот факт, что многие западные страны давно прибегают к этому способу обогрева зданий. Например, в Германии внедрение подобных систем осуществляется на законодательном уровне. Приобретая тепловой насос "вода-воздух", покупатель получает возможность существенно снизить свои расходы, ведь уже через пару месяцев новое оборудование окупится с лихвой.

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

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

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

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

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

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

При этом не используются какие-либо сгораемые виды топлива.

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

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

Принцип действия и внутреннее устройство

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

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

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

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

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

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

Состоит тепловой насос воздух-воздух из таких элементов:

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

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

Алгоритм работы теплового насоса воздух-воздух выглядит следующим образом:

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

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

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

Установки обогрева/охлаждения типа «воздух-воздух» выгодны, по ряду причин.

К числу основных плюсов относят:

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

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

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

Среди отрицательных сторон теплонасосов можно упомянуть:

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

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

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

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

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

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

Коренные отличия от кондиционера

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

Первое устройство используется в качестве основного источника обогрева, работающего круглогодично. А второе больше предназначено для охлаждения воздуха в летнюю жару.

Основная функция теплонасоса – это отопление. Однако многие модели способны также охлаждать комнатный воздух. Но в этом режиме работы они существенно уступают кондиционеру по энергоэффективности. Это скорее крайний случай их использования.

По внешнему виду кондиционер и воздушный ТН схожи, но имеют совершенно разное назначение и эксплуатационные характеристики

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

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

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

Подбор и расчеты теплового насоса

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

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

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

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

При необходимо учесть:

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

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

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

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

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

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

Отдельные модели дополняют:

Фильтрами очистки и обеззараживания воздуха;
резервными нагревателями;
электрогенераторами;
GSM-модулями для управления системой;
ионизаторами и озонаторами.

Практика показывает, что при морозах ниже -15 °С в обогреваемых только тепловым воздушным насосом помещениях становится прохладно. И без дополнительного обогревателя комфортом в комнатах откровенно не пахнет.

Однако в южных регионах, где подобные заморозки редки, ТН вполне эффективен и оправдывает потраченные деньги с лихвой за счет экономии энергоресурсов.

Самоделка из старого холодильника

Из отдельных компрессоров и конденсаторов своими руками собрать тепловой насос воздух-воздух без специализированных инженерных познаний достаточно сложно. Но для небольшой комнаты или теплицы можно воспользоваться старым холодильником.

Простейший воздушный теплонасос можно смастерить из холодильника, протянув в него с улицы воздуховод и навесив вентилятор на заднюю решетку теплообменника

Для этого необходимо в передней дверке холодильника проделать два отверстия. Через первое в морозилку будет поступать уличный воздух, а по второму нижнему – выводиться обратно на улицу.

При этом за время прохождения по внутренней камере он будет отдавать часть имеющегося в нем тепла фреону.

Также можно холодильную машину попросту встроить в стену открытой дверью наружу, а теплообменником сзади – в помещение. Но при этом следует учитывать, что мощность такого обогревателя будет небольшой, а электроэнергии он потребляет немало.

Воздух в помещении нагревается от теплообменника сзади холодильника. Однако подобный тепловой насос способен работать только при наружных температурах не ниже плюс пяти по Цельсию.

Эта бытовая техника предназначена для эксплуатации исключительно в помещениях.

Монтаж теплонасоса воздух-воздух предельно прост. Необходимо установить внешний и внутренний блоки, а потом соединить их меж собой контуром с теплоносителем.

Первая часть системы устанавливается на улице: прямо на фасаде, кровле либо рядом со зданием. Вторую в доме можно разместить на потолке или стене.

А внутренний устанавливается так, чтобы поток теплого воздуха из него равномерно распространялся по всей комнате.

Если тепловым насосом воздух-воздух планируется отапливать дом с несколькими комнатами на разных этажах, то придется обустраивать систему вентиляционных каналов с принудительным нагнетанием.

В этом случае лучше заказать проект у компетентного инженера, иначе мощности ТНа может не хватить на все помещения.

Электросчетчик и защитное устройство должны выдерживать пиковые нагрузки, создаваемые тепловым насосом. При резком похолодании за окном компрессор начинает потреблять электричества в разы больше, чем обычно.

Лучше всего для подобного воздушного обогревателя проложить отдельную линию снабжения от распределительного щитка.

Особое внимание следует уделить монтажу трубок для фреона. Даже малейшая стружка внутри может повредить компрессорное оборудование.

Здесь без навыков пайки меди не обойтись. Заправку хладогена вообще стоит доверить профессионалу, чтобы избежать потом проблем с его утечками.

Пошаговая инструкция по изготовлению теплового насоса из холодильника описана в .

В продаже сейчас огромный ассортимент подобных систем, для любого дома можно подобрать отопительную установку. Надо лишь грамотно рассчитать ее мощность, тогда она эффективно прослужит долгие годы.

А что вы думаете по поводу эффективности и целесообразности использования тепловых насосов “воздух-воздух”? Делитесь своим мнением, оставляете отзывы об использовании агрегатов и задавайте вопросы. Форма для комментариев расположена ниже.

Тепловые насосы, работающие по схеме «воздух-вода», относятся к группе аэротермальных конструкций . Они обеспечивают нагрев теплоносителя в системе отопления дома, источником тепловой энергии для которого является наружный воздух. Возможна также подача воды для системы ГВС.

Особенностью систем «воздух-вода» является сильная зависимость температур теплоносителя в системе отопления от температуры источника - наружного воздуха. Эффективность подобного оборудования постоянно изменяется как в сезонном отношении, так и в погодных условиях. В этом проявляется существенное отличие аэротермальных систем от , чья работа стабильна в течение всего срока службы и не зависит от внешних условий.

Кроме того, тепловые насосы типа «воздух-вода» способны как обогревать, так и охлаждать воздух в помещениях, что делает их востребованными в регионах с относительно холодными зимами и жарким летом. В целом, использование подобных систем наиболее эффективно в относительно теплых районах, а для северных областей требуется дополнительные средства обогрева (обычно используются ).

Как работают тепловые насосы воздух-вода?

В основе работы теплового насоса типа «воздух-вода» положен принцип Карно . Говоря более понятным языком, используется конструкция фреонового холодильника . Хладагент (фреон) циркулирует в замкнутой системе, проходя последовательно стадии:

• испарения, сопровождающегося сильным охлаждением
• подогрева от тепла поступающего наружного воздуха
• сильного сжатия, при котором его температура становится высокой
• конденсации с переходом в жидкое состояние
• прохода через дроссель с резким падением давления и испарением

Для нормальной циркуляции хладагента необходимо иметь два отделения - испаритель и конденсатор . В первом температура низкая (отрицательная), для нагрева используется тепловая энергия из воздуха окружающей среды. Второе отделение служит для конденсирования хладагента и передачи тепловой энергии в теплоноситель системы отопления.

По сути, тепловой насос - это два теплообменника , соединенные между собой и совместно обеспечивающие непрерывный цикл Карно - сжатие газа с переходом в жидкую фазу с выделением большого количества тепла и его расширение с испарением и охлаждением.

Роль поступающего извне воздуха - передача тепла в испаритель, где температура очень низкая и требует повышения для предстоящего сжатия. Тепловая энергия воздуха имеется даже при отрицательных температурах и сохраняется до тех пор, пока не произойдет понижение температуры до абсолютного нуля. Низкопотенциальные источники тепловой энергии позволяют получать высокую эффективность системы, но при сильном понижении наружной температуры до -20°C или – 25°C система останавливается и требует подключения дополнительного источника обогрева.

Достоинства и недостатки

Достоинствами тепловых насосов «воздух-вода» являются:

• простота установки, отсутствие земляных работ
• источник тепловой энергии - воздух - имеется везде, он доступен и совершенно бесплатен. Для работы системы требуется только электропитание для циркуляционного оборудования, компрессора и вентилятора
• тепловой насос можно конструктивно объединить с вентиляцией, что позволить существенно повысить эффективность работы обеих систем
• отопительная система безвредна для окружающей среды и не опасна в эксплуатационном отношении
• работа системы практически бесшумна, может управляться при помощи систем автоматики

Недостатками теплового насоса «воздух-вода» являются:

• ограниченность применения. Бытовые модели ТН требуют подключения дополнительных систем отопления уже при -7°C, промышленные образцы способны держать температуру до -25°C, что для большинства регионов России слишком мало
• зависимость эффективности системы от температуры наружного воздуха делает работу системы нестабильной и требует постоянной перенастройки режимов функционирования
• для питания вентиляторов, компрессоров и прочих устройств требуется подключение к стабильному источнику электроэнергии

Планируя использование подобной системы отопления и ГВС, необходимо учитывать эти особенности.

Расчет мощности установки

Порядок расчета мощности установки сводится к определению площади дома, подлежащей обогреву, подсчету необходимого количества тепловой энергии и подбору оборудования, соответствующего полученным значениям. Излагать подробную методику расчета нет смысла, поскольку она чрезвычайно сложна, требует знания многих параметров, коэффициентов и прочих значений. Кроме того, нужен опыт выполнения подобных расчетов, иначе результат окажется совершенно ошибочным.

Для решения проблемы рекомендуется использовать онлайн-калькулятор, найденный в сети. Пользоваться им легко, надо лишь подставить в окошечки свои данные и получить ответ. Если появились сомнения, расчет можно продублировать на другом ресурсе, чтобы получить сбалансированные данные.

Что купить — топ-5 лучших насосов

Приобретение теплового насоса - важная и ответственная процедура. Давать какие-либо рекомендации в этой сфере можно только обладая конкретной информацией о размерах дома, материале стен, степени утепленности, конфигурации помещений, типе отопительной системы и т. д. Не обладая этими данными, рассуждать о лучших насосах бессмысленно. Однако, можно рассмотреть наиболее известных производителей, которые поставляют на рынок качественное оборудование и являются лидерами в этой области:

ALTAL GRUP

Компания базируется в Украине, России и Молдове. Производство оборудования ориентировано на условия российских регионов и может использоваться в суровых условиях

NIBE Industrier AB

Шведская фирма, присутствует на рынке с 1949 года и по праву является лидером в своей области. Производство ведется по самым передовым разработкам, используются лучшие материалы и комплектующие

Viessmann Group

Одна из старейших европейских компаний - основание фирмы датируется 1928 годом. Немецкие специалисты наработали огромный опыт и добились высочайшего качества своей продукции

OCHSNER

Австрийская компания, приступившая к серийному изготовлению тепловых насосов одной из первых и получившая признание пользователей благодаря качеству, надежности и долговечности оборудования

Heliotherm

Еще одна австрийская компания, производящая тепловые насосы и другое оборудование. Реализация продукции производится в Европе, отмечается высокое качество, надежность и широкие функциональные возможности отопительных систем

Кроме европейских, распространены комплексы из Китая и других стран Юго-Восточной Азии. Они дешевле, обладают достаточно высокими показателями, но по общему уровню несколько отстают от европейских образцов. Единственным преимуществом у них является цена , хотя расходы на подобное оборудование в любом случае весьма высоки. Если учесть, что установкой теплового насоса дело не ограничивается, надо подгонять под возможности комплекса всю систему отопления, то расходы становятся соотносимыми со стоимостью постройки дома.

В условиях России оптимальным выбором является приобретение бивалентных систем, позволяющих при возникновении сложных условий переключаться на другие источники тепла.

Важно! Большинство специалистов сходятся во мнении, что для большинства регионов России использование тепловых насосов типа «воздух-вода» нецелесообразно из-за чрезмерно сложных зимних условий. Мощность системы резко падает при понижении температуры. Кроме того, наружные воздушные блоки в холода работать не смогут.

Стоимость установки

Установка и пусконаладочные работы производятся по разным расценкам, зависящим от состава работ, используемого оборудования и техники, объемов и прочих факторов. Не менее важным обстоятельством считается общая экономическая обстановка в регионе, состояние покупательной способности населения.

В любом случае, расходы на монтаж и запуск системы потребуют примерно 20% от общей стоимости оборудования , что существенно отразится на кошельке пользователя.

Дороговизна монтажных работ нередко становится причиной самостоятельной установки и запуска системы, что делает возможным мелкий ремонт и обслуживание без привлечения специалистов. Однако, надо иметь в виду, что многие фирмы отказывают в гарантийном или сервисном обслуживании, если установка производилась посторонними людьми.

Воздушный тепловой насос своими руками

Дороговизна оборудования, монтажных работ и обслуживания, вынуждает многих владельцев домов заняться самостоятельным изготовлением тепловых насосов воздух-вода. Это занятие достаточно трудоемкое и требует наличия навыков, но результат позволяет сэкономить весьма большие деньги и получить ценный опыт создания отопительных систем. Рассмотрим основные этапы создания теплового насоса:

Сборка агрегата по схеме

Прежде всего, необходимо запастись основными узлами системы:

• компрессор от холодильника или сплит-системы
• медные трубки диаметром около 1 см, переходники и фитинги к ним
• емкости для создания теплообменников (испарителя и конденсатора)
• дроссельный клапан
• фреон
• крепежные элементы, соединительные детали и т.д

Потребуется горелка для пайки медных трубок, набор соответствующих инструментов, материалов. Для изготовления теплового насоса понадобится схема или рабочий чертеж, позволяющий более детально продумать ход работ и собрать все необходимые узлы и детали. Большинство из них придется покупать, но эти расходы не сравнить с затратами на приобретение готового комплекта.

Сборка наружного блока

Наружный блок обеспечивает забор воздуха и подачу его в испаритель . Для выполнения этих операций понадобится корпус и вентилятор, соединенный с воздуховодом, транспортирующим воздушный поток в испаритель теплового насоса. Некоторые мастера устанавливают испаритель в наружный блок, тем самым сокращая путь транспортировки. Это удобно и повышает компактность комплекса, но такой вариант возможен не всегда. Дело в том, что в испарителе фреон имеет очень низкую температуру, в зимнее время энергии наружного воздуха не хватит, чтобы дать достаточный тепловой импульс хладагенту.

Блок с теплообменником-испарителем

Блок испарителя представляет собой металлическую емкость объемом 80 л, медная трубка диаметром 10 мм с толщиной стенок 1 мм или больше. Из трубки делается змеевик - обматывается отрезок трубы или иного предмета цилиндрической формы с таким расчетом, чтобы готовая спираль из трубки свободно входила в бак. Длину трубки придется вычислять, для установки мощностью 5 кВт потребуется 10 м .

Змеевик снабжают двумя отводами для соединения с остальным контуром системы. Отводы пропускают сквозь штуцеры в стенке емкости и герметизируют проходы для обеспечения неподвижности змеевика. Рекомендуется установить дополнительные крепления внутри бака, чтобы прочно зафиксировать змеевик, исключить возможность вибрации или перемещения.

Внутри емкости будет очень низкая температура. Для того, чтобы исключить возможность обмерзания трубки образующимся конденсатом, специалисты советуют установить осушитель или реле оттаивания .

Правила установки компрессора

Для компрессора рекомендуется изготовить отдельный шумоизолированный корпус. Это поможет обеспечить практически полную бесшумность работы комплекса. Вход компрессора присоединяется к выходному патрубку испарителя, а выход - ко входу конденсатора (второго теплообменника). Могут быть использованы следующие виды компрессоров:

• роторные. Недорогие, но шумные устройства с низким ресурсом
• спиральные. Бесшумные, долговечные и эффективные образцы, но имеют высокую цену
• поршневые. Имеют длительный ресурс, высокую мощность, используются преимущественно в промышленном холодильном оборудовании. Цена таких устройств самая высокая

Конструирование накопительной емкости (конденсатора)

Конструкция конденсатора похожа на испаритель, но требует герметизации , так как внутри будет находиться не воздух, а теплоноситель системы отопления. Понадобится бак емкостью 100 л (подойдет готовый из-под бойлера или любой другой, имеющий тот же объем). В верхней и нижней частях бака необходимо установить штуцеры для поступления теплоносителя (воды), там же понадобятся отверстия для прохода медной трубки.

Изготавливается змеевик, диаметр спирали должен быть немного меньше внутреннего диаметра бака. Для изготовления змеевика понадобится 12 метров трубки диаметром не менее 26 мм . Концы выводятся в отверстия корпуса, после чего выходы тщательно запаиваются и герметизируются.

Для установки змеевика бак придется разрезать вдоль, после закрепления половинки свариваются или соединяются другим способом, обеспечивающим полную герметичность. В результате получается емкость, сквозь которую проходит медный змеевик, чей внутренний объем не соединяется с объемом бака. Внутрь емкости ведут два штуцера - входной и выходной, по которым будет циркулировать теплоноситель.

Соединение внешнего блока с испарителем

Для соединения испарителя с внешним блоком рекомендуется использовать трубы из полиэтилена низкого давления диаметром 32 мм . Одна используется для подачи воздуха, другая - для вывода. Трубы рекомендуется утеплить, закопать в траншею или защитить любым другим способом. Оставлять их на открытом воздухе или поверхности земли можно, если наружный блок находится рядом с домом.

Соединение испарителя, компрессора и бака

Соединение медных трубок производится при помощи пайки . Здесь нужен опыт, если его нет, то надо пригласить специалиста-холодильщика, занимающегося промышленными установками. Люди, занимающиеся монтажом водопроводных систем и сантехники, хоть и производят пайку меди, здесь не компетентны, так как понадобится установка различной запорной арматуры, вентилей, переходников и прочих элементов.

Для этого нужен соответствующий инструмент, знание правил и тонкостей монтажа холодильного оборудования. Кроме того, понадобится заправить систему фреоном, что также потребует установки соответствующих элементов и наличия опытного специалиста.

Внедрение систем управления установкой

Для контроля и управления режимом работы теплового насоса могут быть использованы различные элементы:

• плата с электроникой и дисплей от кондиционера, позволяющие регулировать давление и температуру хладагента
• датчик вращения вентилятора, изменяющий скорость воздушного потока и регулирующий теплообмен в испарителе
• таймер, датчики температуры, пускатели и прочие элементы управления

Использование этих устройств позволит оптимальным образом настроить работу теплового насоса и по мере необходимости регулировать ее.

Особенности обслуживания

Обслуживание комплекса заключается в периодической очистке элементов системы , добавлении масла в компрессор и вентилятор , смазке и прочем уходе за механическими деталями. Также понадобится иногда отогревать обледеневшие узлы системы (особенно в зимнее время). Необходим регулярный осмотр целостности трубопроводов, герметичности соединений, состояния запорной арматуры и т. д. Проверять электрическую часть системы - питающий кабель, целостность изоляции, качество соединения проводов. Выполнение этих действий позволит вовремя обнаруживать изъяны и принимать меры для их устранения.

Долгое время считалось, что альтернативы системам отопления, использующим различные виды топлива (дизель, уголь, дрова, газ) попросту нет. Но сегодня человечество все чаще обращает внимание на возобновляемые источники энергии для обогрева домов и обеспечения их горячим водоснабжением.

Появились устройства, которые извлекают тепло из низкотемпературной формы солнечной энергии и преобразуют ее в комфортную для применения высокотемпературную форму. Таким агрегатом является воздушный тепловой насос.

Особенности

Этот вид отопительных приборов извлекает энергию буквально из воздуха, генерируя тепло для нужд человека и применяя на 75% природные ресурсы и на 25% привычное электричество.

Воздушный тепловой насос – агрегат, передающий теплоэнергию от источника с низкой температурой к теплоносителю с более высокой. Проще говоря, даже если за окном сильный мороз, это оборудование заберет из холодной среды тепло и отопит им жилище.

Принцип работы воздушного насоса подобен функционированию холодильника. Но только если основная цель холодильной машины отобрать тепло из объема испарителя и преобразовать его в холод, при этом конденсатор сбросит теплоту в окружающее пространство, то в насосном оборудовании картина полностью противоположная. Конденсатор выделяет тепло для отопительной системы и обеспечения человека горячей водой, а испаритель утилизирует теплоту низкого потенциала.

Воздушные тепловые насосы – альтернативная модель системы отопления. Зимой они функционируют как отопительный котел (нагревают теплоноситель в трубопроводе и системе «теплый пол») или прямо обогревают дом. Источником теплоэнергии для них являются наружный воздух. Они не создают ее, а переносят из окружающего пространства. Но для этого насосному оборудованию нужен подвод электричества.

У данного вида отопления автоматическое управление, которое помогает поддерживать нужный режим работы.

Преимущества

За рубежом такая система отопления приобрела широкую популярность. Сегодня подобные насосы завоевывают российский рынок. Это идеальный вариант для отопления домов в местностях, где нет возможности подключиться к центральному газопроводу. Помимо этого, у них есть еще масса достоинств:

• уменьшают расходы на электроснабжение (передача в отопительную систему 1 кВт энергии тепла позволит затратить всего 0,2-0,35 кВт электричества);
• способствуют сохранению окружающей среды и сбережению природных запасов планеты, они полностью экологически безопасны (не выделяют токсинов, не источают неприятных запахов);
• не требуют создания сложных вентиляционных систем;
• установка этого оборудования гораздо дешевле и быстрее, чем монтаж традиционных отопительных конструкций;
• создавать отопительную систему можно на этапе отделки строения, в готовых помещениях, участками при реконструкции строений;
• эффективно функционируют при температуре окружающей среды до -30° С;
• не нуждаются в частом техническом обслуживании (все возможные действия можно выполнять самостоятельно, они описаны в прилагаемых инструкциях), самостоятельно перезапускаются;
• летом могут работать как кондиционеры;
• отсутствие процессов горения, использование замкнутых контуров делает эти приборы полностью пожаробезопасными;
• не занимают много места в доме (модуль не больше обычного холодильника), не нуждаются в дополнительном помещении, внешне напоминают сплит-системы;
• работают практически бесшумно.

Типы

Воздушные тепловые насосы делятся на агрегаты типа «воздух-воздух» и «воздух-вода».

Этот прибор служит для прямого обогрева помещения. Тепловая энергия, извлеченная из окружающей среды с помощью наружного блока, идет внутрь здания и там нагревается конденсатором.

Для обогрева отдельных зон могут использоваться несколько внутренних блоков.

Тепловой насос типа «воздух-воздух» круглогодично поддерживает приятную температуру в здании, работая зимой на обогрев, а летом – на охлаждение.

В системах этого типа более низкая температура воздуха, проходящего через теплообменник (+20°- +25° С), что обеспечивает высокие показатели теплоотдачи.

Мощность воздушного насоса типа «воздух-воздух» - 4-18 кВт. Если подключить несколько подобных приборов в каскаде, то теплопроизводительность повысится до 56 кВт.

Недостаток системы - невозможность обеспечения горячим водоснабжением.

«Воздух-вода»

В агрегате этого типа жидкость используется как теплопоглотительная среда, ей передается температура нагретого фреона. Жидкость помогает отапливать помещения с помощью радиаторов, системы «теплый пол» и обеспечивать жильцов горячей водой для хозяйственных нужд.

Тепловая энергия берется из окружающего пространства с помощью наружного испарителя. Далее она поступает во внешний или внутренний теплообменник фреон-вода, там осуществляется нагрев теплоносителя.

Современные приборы этого типа обеспечивают подогрев жидкости до температурных значений от +30° С до +65° С и функционируют до температуры окружающего воздуха -25° С. У них более высокая температура стока, что, соответственно, приводит к более низкой по сравнению с приборами «воздух-воздух» теплоотдаче.

Мощность этих приборов составляет 4-16 кВт, этого достаточно для отопления и горячего водоснабжения качественно утепленных зданий, площадь которых составляет до 350 м2.

К подобному агрегату можно подключить резервный котел, который начинает работать в тех случаях, когда температура воздуха за окном превышает допустимые для функционирования теплонасосов температурные значения.

Производительность

Коэффициент производительности СОР (соотношение тепловой энергии к затраченной электрической) у насосов обоих типов равен 3: значит, на 1 Квт электроэнергии получаем 3 кВт тепла. Тратим меньше – получаем больше.

Но у агрегатов типа «воздух-вода» повышенные температурные значения жидкости на стоке снижают этот показатель, поэтому для сохранения высокого коэффициента в радиаторах нужно применять воду более низких температур, что потребует большего количества батарей.

Общие недостатки

Теплонасосы, работающие за счет воздуха, имеют низкий коэффициент преобразования тепловой энергии. Это связано с невысокими температурными значениями фреона в испарителе.

Также они характеризуются низкой температурой нагретой воды (чаще всего +50°- +60° С). Чем выше это значение, тем менее эффективен и надежен тепловой насос.

Установка

Процесс установки воздушного насоса достаточно прост и может быть произведен самостоятельно, без привлечения профессионалов.

Он состоит из монтажа внешнего и внутреннего блоков, соединения их магистралью, пробного запуска. После этого можно проектировать и устанавливать вентиляционную систему.

Внешний блок аппарата лучше поставить на северную стену дома: так он будет защищен от солнца и ветра. Можно установить на плоскую крышу или на отмостку, но в случае сильных снегопадов его каждый раз придется откапывать.

Крепления монтируют строго по горизонтали. Внешний блок весит около 60 кг, на его правую сторону приходится основная нагрузка. Кронштейн фиксируют на кирпичной или газобетонной стене при помощи шести анкеров через винтовые дюбели для газобетона.

Толстая (5/8 дюйма) газовая трубка укладывается от внешнего блока к внутреннему. Гнут ее с помощью трубогиба. Труборезом отрезают лишние сантиметры. Край трубки нужно обработать, чтобы не осталось заусениц.

После этого делают развальцовку и подсоединяют трубку к выводу на блоке. Аналогичным образом подключают тонкую жидкостную трубку (3/8 дюйма). Оба этих элемента необходимо теплоизолировать (не меньше 20 мм теплоизолятора): так удастся избежать образования конденсата.

Силовая линия

Силовой кабель (3*2,5) монтируют к внешнему блоку в том месте, где располагается компрессор. От внешнего к внутреннему блоку укладывают кабель межблочного типа (4*1,5).

Внутренний блок

Этот агрегат весит 36 кг. Его вешают на потолок. К нему подключают провод для пульта управления.

Это важно

Тепловой насос завод-изготовитель заправляет фреоном R410А, количество которого хватит для магистрали длиной в 30 м.

Открывать вентиль на блоке нельзя до тех пор, пока не будет удален воздух из медных трубок. Откачку проводят с помощью вакуумного насоса и манометра. Включают насосное оборудование и ждут полчаса. Затем отключают аппарат и пускают фреон.

Воздушный тепловой насос – оптимальный вариант быстрого и качественного отопления жилых домов, промышленных и общественных зданий.

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:

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

1. Проверять состояние всех имеющихся фильтров и прочищать их.
2. Контролировать температуру масла в компрессоре (оно должно быть теплым).
3. Удалять мусор, попавший в наружный теплообменник.
4. Удалять пыль и грязь с температурных датчиков.
5. Проверять состояние проводки и линии подключения.
6. Осматривать шланги, трубы и места их соединений, выявляя протечки.
7. 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.