Тепло из воздуха тепловой насос воздух вода. Тепловой насос "воздух-вода": особенности применения

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.

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.

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.

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.

Сегодня тема отопления так называемого частного сектора крайне актуальна. Как показывает практика, там не всегда есть газопровод, поэтому люди вынуждены искать альтернативные источники тепла. Давайте в данной статье поговорим о том, что такое грунтовый геотермальный теплонасос или, как его называют в быту - тепловой насос. Принцип работы данного агрегата известен далеко не каждому, ровно как и его конструкция. С этими моментами мы и попытаемся разобраться.

Что нужно знать?

Вы можете говорить о том, что раз тепловые насосы такие эффективные, то почему так слабо распространены. Все дело заключается в высокой стоимости оборудования и монтажа. Именно по этой простой причине многие отказываются от данного решения и выбирают, скажем, электрические или угольные котлы. Тем не менее отбрасывать данный вариант не стоит по многим причинам, о чем мы обязательно скажем в данной статье. Тепловые насосы после установки становятся весьма экономичными, так как используют энергию грунта. Геотермальный насос - это 3 в 1. Он сочетает в себе не только отопительный котел и систему ГВС, но и кондиционер. Давайте поближе познакомимся с данным оборудованием и рассмотрим все его сильные и слабые стороны.

Принцип действия агрегата

Принцип работы теплового насоса для отопления заключается в использовании разности потенциалов тепловой энергии. Именно поэтому подобное оборудование может применяться в любой среде. Главное, чтобы её температура была не менее 1 градуса по Цельсию.

Мы имеем теплоноситель, который движется по трубопроводу, где, собственно, и нагревается на 2-5 градусов. После этого теплоноситель поступает в теплообменник (внутренний контур), где отдает собранную энергию. В это время во внешнем контуре есть хладагент, который имеет низкую температуру кипения. Соответственно, он превращается в газ. Поступая в компрессор, газ сжимается, в результате чего его температура становится еще выше. Дальше газ идет на конденсатор, где теряет свое тепло, отдавая его системе отопления. Хладагент приобретает жидкое состояние и поступает обратно во внешний контур.

Вкратце о видах тепловых насосов

Сегодня известно несколько популярных конструкций геотермальных насосов. Но при любом раскладе их принцип действия можно сравнивать с работой холодильной техники. Именно поэтому независимо от вида насос в летнее время может быть использован в качестве кондиционера. Так вот, тепловые насосы классифицируются по тому, откуда они могут добывать тепло:

Из грунта;
Из водоема;
Из воздуха.

Первый вид наиболее предпочтителен в холодных регионах. Дело в том, что температура воздуха зачастую опускается до -20 и ниже (на примере РФ), а вот глубина промерзания грунта обычно несущественная. Что касается водоемов, то они есть не везде, да и использовать их не слишком целесообразно. В любом случае, лучше выбирать грунтовый тепловой насос для отопления дома. Принцип работы агрегата мы немного рассмотрели, поэтому идем дальше.

«Грунт-вода»: как лучше разместить?

Получение тепла из грунта считается наиболее целесообразным и рациональным. Обусловлено это тем, что на глубине 5 метров практически не происходит температурных колебаний. В качестве теплоносителя используется специальная жидкость. Её принято называть рассолом. Она является полностью экологически безопасной.

Что касается метода размещения, то есть горизонтальный и вертикальный. Первый вид характерен тем, что пластиковые трубы, представляющие внешний контур, укладываются на площади горизонтально. Это весьма проблематично, так как работы по укладке должны проводиться на площади 25-50 квадратных метров. В случае с вертикальным расположением бурятся вертикальные скважины глубиной 50-150 метров. Чем глубже будут уложены зонды, тем эффективней будет работать геотермальный тепловой насос. Принцип работы мы уже рассмотрели, а сейчас поговорим еще о важных деталях.

Тепловой насос «Вода-вода»: принцип работы

Также не стоит сразу отбрасывать возможность использования кинетической энергии воды. Дело в том, что на большой глубине температура остается достаточно высокой и изменяется в небольших диапазонах, если это вообще происходит. Вы можете пойти несколькими путями и использовать:

Открытые водоемы, такие как реки и озера.
Грунтовые воды (скважина, колодец).
Сточные воды пром.циклов (обратное водоснабжение).

С экономической и технической точки зрения проще всего наладить работу геотермального насоса в открытом водоеме. При этом существенных конструктивных отличий между насосами «грунт-вода» и «вода-вода» нет. В последнем случае погружаемые в открытый водоем трубы снабжаются грузом. Что касается использования грунтовых вод, то конструкция и монтаж более сложные. Необходимо выделить отдельную скважину для сброса воды.

Принцип работы теплового насоса «Воздух-вода»

Такой тип насосов считается одним из наименее эффективных по целому ряду причин. Во-первых, в холодное время года температура воздушных масс существенно понижается. В конечном итоге это приводит к уменьшению мощности насоса. Он может не справиться с отоплением большого дома. Во-вторых, конструкция более сложная и менее надежная. Тем не менее расходы на монтаж и обслуживание существенно снижаются. Это обусловлено тем, что вам не нужен водоем, колодец, а также не требуется копать траншеи под трубы на дачном участке.

Размещается система на крыше здания или в другом подходящем месте. Стоит заметить, что подобная конструкция имеет один существенный плюс. Он заключается в возможности использования отработанных газов, воздуха, который покидает помещение, повторно. Этим можно компенсировать недостаточную мощность оборудования в зимний период.

Насосы «воздух-воздух» и кое-что еще

Подобные установки встречаются еще реже, нежели «Воздух-вода», на что есть целый ряд причин. Как вы уже догадались, в нашем случае в качестве теплоносителя используется воздух, который нагревается от более теплой воздушной массы из окружающей среды. Есть большое количество недостатков такой системы, начиная от низкой производительности и заканчивая высокой стоимостью.Тепловой насос "воздух-воздух", принцип работы которого вы знаете, неплох только в теплых регионах.

Тут есть и сильные стороны. Во-первых, дешевизна теплоносителя. Скорее всего, вы не столкнетесь с проблемой течи воздухопровода. Во-вторых, эффективность такого решения крайне высока в весенне-осенний период. Зимой же использовать воздушный тепловой насос, принцип работы которого мы рассмотрели, нецелесообразно.

Самодельный тепловой насос

Проведенные исследования показали, что срок окупаемости оборудования напрямую зависит от отапливаемой площади. Если речь идет о доме в 400 квадратных метров, то это примерно 2-2,5 года. А вот для тех, кто имеет жилье площадью поменьше, вполне можно использовать самодельные насосы. Может показаться, что сделать такое оборудование сложно, но на самом деле это несколько не так. Достаточно закупить необходимые комплектующие, и можно приступать к монтажу.

Первым делом приобретается компрессор. Можно взять такой, какой на кондиционере. Монтируют его аналогичным образом на стену здания. Помимо этого, нужен конденсатор. Его можно соорудить самостоятельно или же купить. Если пойти первым методом, то понадобится медный змеевик толщиной не менее 1мм, его помещают в корпус. Это может быть подходящий по габаритам бак. После монтажа бак сваривается, и делаются нужные резьбовые соединения.

Заключительная часть работ

При любом раскладе на окончательной стадии вам потребуется нанять специалиста. Именно знающий человек должен осуществлять пайку медных трубок, закачку фреона, а также первый запуск компрессора. После сборки всей конструкции её подключают к внутренней системе отопления. Наружный контур устанавливается в последнюю очередь, а его особенности зависят от типа используемого теплового насоса.

Не стоит упускать из виду такой важный момент, как замена устаревшей или поврежденной проводки в доме. Специалисты рекомендуют устанавливать счетчик мощностью не менее 40 ампер, чего должно быть вполне достаточно для эксплуатации теплового насоса. Не лишним будет отметить, что в некоторых случаях подобное оборудование не оправдывает ожидания. Это обусловлено, в частности, неточными термодинамическими расчетами. Чтобы не случилось так, что вы потратили кучу денег на отопление, а зимой пришлось поставить угольный котел, обращайтесь в проверенные организации с положительными отзывами.

Безопасность и экологичность прежде всего

Отопление с помощью описанных в данной статье насосов является одним из наиболее экологических методов. Обусловлено это по большей части сокращением выбросов в атмосферу углекислых газов, а также сбережением невосстанавливаемых энергоресурсов. Кстати, в нашем случае используются возобновляемые ресурсы, поэтому бояться, что тепло вдруг закончится, не стоит. Благодаря использованию вещества, кипящего при низких температурах, появилась возможность реализовать обратный термодинамический цикл и при меньших затратах энергии получать достаточное количество тепла в дом. Что касается пожаробезопасности, то тут и так все понятно. Нет вероятности утечки газа или мазута, взрыва, нет опасных мест для хранения горючих материалов и многое другое. В этом плане тепловые насосы очень хороши.

Заключение

Теперь вы полностью знакомы с тем, что такое и каким может быть тепловой насос (принцип работы). Своими руками подобный агрегат сделать можно, а в некоторых случаях даже нужно. В этом случае вы можете сэкономить порядка 30% средств на покупку оборудования. Но опять же монтажными работами желательно должен заниматься специалист, это же касается и проводимых расчетов.

Как ни крути, сегодня это еще достаточно дорогостоящий вид отопления с большим сроком окупаемости. В большинстве случаев куда проще провести газ или топить углем или дровами. Тем не менее для больших загородных домов это очень перспективный вид отопления. Его говорить об экономичности оборудования, то получается что на 1 кВт потраченной энергии мы получаем порядка 5-7 кВт тепловой. По охлаждению это 2-2,5 кВт на выходе, что тоже очень даже неплохо. Стоит отметить еще и бесшумность работы насоса. Вот, в принципе, и все, что можно рассказать по данной теме.