Тепловой насос “воздух-воздух”: принцип действия, устройство, подбор и расчеты

Устройство теплового насоса

Принцип действия давно известен. Есть три замкнутых герметичных контура — внутридомовой, компрессорный, внешний.

Основные компоненты:

1. Система отопления. Оптимально применить теплые полы. Дополнительная опция — горячее водоснабжение.
2. Конденсатор. Передает энергию, собранную вовне, от хладагента (обычно фреон) к теплоносителю (вода) отопления.
3. Испаритель. Отбирает тепловую энергию у теплоносителя (например, этиленгликоль), циркулирующего во внешнем контуре.
4. Компрессор. Перекачивает хладагент от испарителя, переводя его из газообразного в жидкое состояние, повышая давление и охлаждая в конденсаторе.
5. Расширительный клапан. Устанавливается испарителем. Регулирует поток хладагента.
6. Внешний контур. Укладывается на дно водоема или опускается в скважины.
7. Насосы внутреннего и внешнего контура.
8. Автоматика. Управляет системой по заданной величине обогрева помещения и изменений температуры наружного воздуха.

Внешний контур в пруду неподалеку от здания выглядит таким образом.

Коллектор эффективен круглогодично. Зимой на глубине более 3-х метров температура воды достаточна для нагрева.

После испарителя хладагент проходит компрессор , где его давление и температура увеличиваются. Потом в конденсаторе отдает тепло системе отопления.

Затем хладагент проходит дроссель, где резко падает давление вследствие расширения. При переходе в газообразное состояние почти мгновенно температура хладагента сильно уменьшается. Этот процесс можно ощутить на практике при заправке газовой зажигалки из баллончика со сжиженным газом. Значительный температурный перепад способствует эффективному поглощению тепла хладагентом из внешнего контура.

Есть вариант с разомкнутым коллектором. Возможен, когда вода хорошего качества. Тогда системе и насосу не угрожает заиливание, отложение солей жесткости, ускоренная коррозия.

Такие теплогенераторы получили практическое применение только после энергетических кризисов 70-х годов прошлого столетия.

До тех пор их развитие тормозила относительная дешевизна энергоносителей — нефти, газа и т. п. Кроме того, несовершенство технологий сдерживало массовое внедрение инновации.

Возможен ли монтаж своими руками

Несмотря на техническую сложность тепловых насосов, их установка может выполняться самостоятельно. Если точнее, то своими руками вы вольны провести всю «грязную работу»: прокладку технических трубопроводов и сетей питания, навеску внутренних и наружных блоков. В паспортной документации к каждому конкретному типу теплового насоса имеется исчерпывающая информация об условиях установки блоков, уклоне, протяжённости и допустимых изгибах технических трасс.

Всё, что останется впоследствии — пригласить специалиста, который проверит корректность монтажа системы и обеспечит её правильный ввод в эксплуатацию. Эти работы самому не выполнить: требуется оборудование для прочистки и обезвоздушивания системы, заправки хладагента — в целом этот процесс достаточно технологичен и сложен.

Следует подчеркнуть, что установка подобных систем кондиционирования не делается «с кондачка». Требуется детальный предварительный расчёт, в частности, необходимо определить подходящий под конкретные климатические условия класс оборудования и вычислить его достаточную мощность. Само собой, централизованное отопление на основе тепловых насосов вызывает ещё больше сложностей в проектировании и согласовании работ со строительными подрядчиками.

Основные правила монтажа

Для высококачественной установки нагревателя с естественной циркуляцией теплоносителя необходимо выполнить следующие важные действия:

1. Предпочтительно размещать радиаторные нагреватели под окнами на одинаковой высоте.
2. Установите котел.
3. Установите расширительный бак.
4. Установленные элементы соединить трубами.
5. Поместите теплоноситель в отопительную систему и проверьте все компоненты на герметичность.
6. Запустите котел и наслаждайтесь теплом своего дома.

Важная информация от монтажников:

1. Котел должен быть установлен как можно ниже.
2. Трубы должны прокладываться с наклоном назад.
3. Рекомендуется избегать большого количества обмоток в системе.
4. Используйте трубы большого диаметра.

Надеемся, что мы раскрыли все нюансы отопительной системы без насоса, которые помогут обогреть ваш дом.

Информацию об установке системы отопления без насоса см. в объяснении гравитационного контура в следующем видеоматериале:

Page 3

Среди дополнительного оборудования в системах отопления с жидкостным теплоносителем в настоящее время имеются циркуляционные насосы. Они используются для отопления всех видов топлива.

В большинстве случаев установка дополнительного насоса в системе естественной циркуляции значительно увеличивает скорость движения и обогрева помещения. Устройство само по себе не имеет особо сложной конструкции и имеет небольшие размеры.

Особое внимание следует обратить на параметры дополнительного насоса и системы

Долговечность системы и её обслуживание

Многих может отпугнуть заявленный производителем срок эксплуатации системы в 7–10 лет. На практике этот показатель существенно выше, просто тепловой насос может со временем терять в производительности.

В первую очередь это связано с постепенной утечкой хладагента во внешнюю среду и его загрязнение влагой и прочими примесями. На этот случай предусмотрена достаточно простая процедура обслуживания, заключающаяся в очистке теплоносителя и восполнении его концентрации.

Износ механических узлов, таких как компрессор или вентилятор, неизбежен. Однако хороший тепловой насос предусматривает возможность модульной замены составляющих его частей. Долговечность оборудования целиком определяется условиями его эксплуатации и техническим совершенством системы. Работа на пределе, периодическое обледенение внешнего блока и прочие нарушения штатного режима работы — вот что нужно исключить с самого начала, чтобы техника успела себя полностью окупить и при этом принесла в дом желанные тепло и комфорт от использования.

рмнт.ру

Плюсы и минусы

К преимуществам применения теплонасоса можно отнести:

1. Возможность применения в отдалённых посёлках, где нет газопровода.
2. Экономичное расходование электроэнергии только на работу самого насоса. Затраты значительно ниже, чем при использовании электроприборов для отопления помещения. Тепловой насос потребляет энергии не больше, чем бытовой холодильник.
3. Способность использования в качестве источника энергии дизельного генератора и солнечных батарей. То есть при аварийном отключении электроэнергии обогрев дома не прекратится.
4. Автономность системы, в которую не нужно доливать воду и контролировать работу.
5. Экологичность установки. В процессе работы насоса не образуются газы, и нет выбросов в атмосферу.
6. Безопасность работы. Система не перегревается.
7. Универсальность. Можно установить теплонасос, работающий на нагрев и охлаждение.
8. Долговечность эксплуатации. Компрессор требует замены один раз в 15 – 20 лет.
9. Освобождение помещения, которое предназначалось под котельную. Кроме того, нет необходимости приобретать и хранить твёрдое топливо.

Недостатки тепловых насосов:

1. Установка стоит дорого, хотя и окупается в течение пяти лет;
2. В северных районах понадобится использование дополнительных отопительных приборов;
3. Грунтовая установка хоть и незначительно, но нарушает экосистему участка: использовать территорию для сада или огорода не получится, она будет пустовать.

Работа системы отопления от такого насоса

Принцип работы самой установки был описан выше. В результате ее происходит нагрев теплоносителя во втором контуре теплообменника, который и будет служить в дальнейшем источником тепла для обогрева здания или отдельных помещений.

Классическим вариантом распределения нагретого теплоносителя является соединение теплообменника двумя отдельными линиями к распределительной гребенке и водонагревательному бойлеру. К гребенке в свою очередь подключаются отопительные приборы, теплые полы и другое оборудование. Такое распределение необходимо из-за различных режимов работы систем горячего водоснабжения и отопления.

Линейка тепловых насосов воздух-вода определяет мощности установок от 2 до 120 кВт, что позволяет выбрать оборудование для отопления и горячего водоснабжения жилого дома любой площади.

Режим подачи холодного воздуха

Конструкция тепловых насосов позволяет не только обогревать дом зимой, но и обеспечить подачу охлажденного воздуха в жаркие дни летом. Для этого циркуляция хладагента запускается по обратному циклу. Однако, охлаждение отопительных приборов не обеспечит необходимый эффект поскольку опускающийся вниз холодный воздух не сможет создать комфортных условий по всему объему помещения. Поэтому для того чтобы использовать установку воздух-вода для кондиционирования потребуется наличие обдуваемого вентилятором конвектора.

Кроме этого в циркуляционный контур дополнительно устанавливают 4-ходовой клапан, второй дроссельный клапан и 2 линии труб. При переключении клапана закрывается линия в направлении «зимнего» дросселя и открывается в сторону «летнего», и охлажденный теплоноситель подается на конвектор. Подогрев горячей воды так же будет отключен.

Стоимость такого усовершенствования с учетом дополнительного оборудования, материалов и работ может быть вполне сравнима со стоимостью кондиционера. Поэтому в большинстве случаев будет вполне разумным отказаться от эксплуатации в сплит-режиме, а просто купить климатическую установку.

Почему не дрова?

Соседи в основном у нас топят дровяные печи, но этот вариант изначально не нравился. Надо каждый год делать запасы топлива, чистить котел, следить за его горением. С электричеством все намного проще — нажал тумблер, пошло тепло. Единственный минус такого способа в высокой стоимости электроэнергии. На момент пуска отопительной системы киловатт-час в Московской области стоил 5,29 рубля. 

Естественно, хотелось максимально экономично расходовать столь ценный ресурс, поэтому и остановились на тепловом насосе “воздух-воздух”. Это самый дешевый его вариант, работает почти как кондиционер. 

Система отопления на основе теплового насоса

Произведенную тепловым насосом тепловую энергию можно использовать как угодно. Как правило, такое оборудование используют для нагрева воды, которая далее идет на нужды горячего водоснабжения (кухня, ванная, баня) и на отопление.

Практика показывает, что лучше использовать теплый пол, чем отопление с помощью радиаторов. Кроме того, что это мягкое тепло и не требует подогрева воды до высокой температуры, есть третья, и немаловажная с точки зрения экономии.

Чем ниже температура воды, которую нужно нагреть, тем выше КПД любого теплового насоса. Если для радиаторов вода должна быть прогрета до 50-55 градусов, то для теплых полов – 30-35 градусов. Даже если температура воды на входе составляет 1-2 градуса, то разница в КПД составит около 30%.

Нередко для обогрева помещений используют воздух. Это особенно эффективно в регионах, где температуры не опускаются ниже 0, а также если использовать тепловой насос в качестве дополнительного источника тепловой энергии.

Удобнее всего для этого использовать фанкойлы, но для их монтажа придется либо сооружать подвесной потолок, либо жертвовать эстетикой. В случае если есть приточная вентиляция, для подачи теплого воздуха можно использовать ее.

Сейчас тепловые насосы не так широко распространены на территории СНГ, чем в других странах. У нас по-прежнему дешевы традиционные источники тепла, такие как уголь, газ и древесина. Но ситуация постоянно меняется и тепловые насосы все чаще используют для отопления домов и нежилых зданий.

В этой статье мы постарались подробно описать плюсы и минучы тепловых насосов разных типов. Надеемся, она была вам полезна. Не забудьте поделиться публикацией с друзьями!

Преимущества или недостатки?

Так как данные устройства появились у нас относительно недавно, многие россияне до сих пор относятся к ним с большим недоверием. В США, Европе и Японии их используют давно и успешно. Однако нельзя сказать, что такое оборудование для нашей страны абсолютная загадка, «терра инкогнита».

В СССР тоже проводились эксперименты, касающиеся таких альтернативных источников энергии. Однако широкого распространения эта технология так и не получила

Поэтому важно понять, почему, и имеет ли большой смысл замена привычных систем на эко-новинку? Приставка «эко» в этом случае может означать как экологию, так и экономию

Достоинства

Первое и несомненное преимущество тепловых насосов — значительная экономия электроэнергии. Да, им, в отличие от солнечных коллекторов, она необходима, однако в гораздо меньших количествах. Например, электрический котел (или обогреватель) забирает столько же энергии, сколько выдает тепла. Тепловой насос, наоборот, тратит минимум электроэнергии, а тепла производит в три-семь раз больше. Оборудование может потратить 5 кВт/ч, однако тепла оно выделяет не менее 17 кВт/ч. Высокий КПД — самое привлекательное качество тепловых котлов.

1. Серьезная экономия на энергоносителях. Цены на все виды топлива неумолимо растут, а тепловой насос позволит получать большее количества тепла при сократившихся расходах на электроэнергию.
2. Возможность установки в любой местности, так как источником тепла способны стать воздух вода либо грунт. Особенно актуально оборудование для участков, расположенных далеко от газовой магистрали.
3. Реверсивность установки. Тепловые насосы универсальны. Зимой они обеспечивают тепло, жарким летом дают возможность обеспечить помещению прохладу. Однако такой функцией оснащают не все модели.
4. Долговечность. Оборудование, за которым ухаживают должным образом, способно бесперебойно работать 25-50 лет. Замена компрессора может потребоваться раз в 10-15 (максимум 20) лет.
5. Возможность использования в любых условиях: там, где нет электричества, устанавливают бензиновый либо дизельный двигатель.
6. Экономия на техническом обслуживании. Оборудование не потребует на него больших расходов.
7. Бесперебойная работа при температуре -15°.
8. Полная автоматизация теплового насоса.
9. Безопасность для окружающей среды.
10. Бесплатность источника тепла.

Помимо плюсов есть у систем и слабые стороны.

Недостатки

К ним относится:

1. Цена тепловых насосов и стоимость обустройства геотермальной системы. Причем окупится оборудование далеко не сразу. Владельцам придется ждать как минимум 5 лет. Исключение — воздушные устройства, не требующие дополнительных вложений.
2. Необходимость добавления дополнительного источника тепла в тех регионах, где температура нередко бывает ниже -20°. Такая система называется бивалентной. Если не справляется тепловой насос, то подключается теплогенератор (газовый котел, электрообогреватель).
3. Экологичность, все же находящаяся под вопросом. Для человека угрозы нет, но она существует для экосистемы. Например, в грунте живут микроорганизмы — анаэробы. При сильном охлаждении пространства около труб им грозит неминуемая гибель.
4. Почти необходимость обеспечить в доме трехфазную электросеть. Для исправной работы теплового насоса надо свести к минимуму перепады напряжения, которые способны спровоцировать поломку установки.

Оптимально использование такого оборудования в системах, где низкотемпературный теплоноситель, пример — «теплый пол».

Чтобы понять, целесообразна ли покупка и установка теплового насоса, владельцам придется оценить все плюсы и минусы. Главные «противники» — экономия электроэнергии (топлива) и серьезные расходы на приобретение и установку. К существенным минусам ТН относят низкий КПД в холодное время года, однако есть модели, которые могут вырабатывать тепло даже при -35°. Но заплатить за них придется еще дороже.

Стоит ли тратиться на покупку и установку ТН? Каждый решает сам. Единоразовое вложение даст шанс навсегда забыть о больших счетах за отопление. Кроме того, в пользу оборудования свидетельствует его полная безопасность для жильцов, и почти полная — для окружающей среды.

Как вам статья?