Тепловой насос из сплит системы

Сегодня мало кто сомневается в том, что тепловой насос для отопления дома – самое эффективное средство из всех существующих. Оно же — самое дорогое и сложное в исполнении. По этой причине многие домашние умельцы взялись за самостоятельное решение данной проблемы. Но ввиду ее высокой сложности достижение положительных результатов дается весьма непросто, нужно иметь энтузиазм, терпение и вдобавок хорошо изучить теорию. Наша статья для тех, кто делает первый шаг на пути внедрения у себя дома такого альтернативного источника энергии, как тепловой насос, сделанный своими руками.

Устройство и принцип работы

Для сборки действующей модели теплового насоса не обойтись без знания теории, а точнее, принципа действия этого устройства. Хотелось бы изначально отметить, что утверждения о КПД в 300, 500 и 1000% — это миф или просто маркетинговый ход, рассчитанный на незнание рядовым пользователем законов физики. Так вот, тепловой насос – это устройство, берущее тепловую энергию в одном месте и перемещающее ее в другое с определенным КПД, не превышающим 100%. В отличие от котельных установок, он самостоятельно тепло не производит.

Примером могут служить домашние холодильники и кондиционеры, чья конструкция основана на так называемом цикле Карно, его же использует принцип работы теплового насоса для отопления или ГВС. Суть этого цикла заключается в движении вещества (рабочего тела) по замкнутой системе и меняющего свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное и наоборот. В момент перехода выделяется или поглощается огромное количество энергии.

Чтобы пояснить на более доступном языке, перечислим основные элементы, которые включает в себя устройство теплового насоса:

• компрессор;
• теплообменник, где рабочее тело переходит в газообразное состояние (испаритель);
• теплообменник, в котором рабочее тело конденсируется (конденсатор);
• расширительный (редукционный) клапан;
• средства управления и автоматики;
• магистрали из медных трубок.

В качестве рабочего тела выступает вещество, закипающее при низких температурах – фреон. Циркулируя по трубке в виде жидкости, первым делом он попадает в испаритель. После взаимодействия с теплоносителем от внешнего источника (воздух, вода, грунт) рабочее тело испаряется и продолжает свое движение в виде газа. На этом участке давление в системе — низкое. Всю цепочку цикла отражает принципиальная схема теплового насоса:

Пройдя компрессор, фреон под давлением движется ко второму теплообменнику, где ему предстоит сконденсироваться и передать полученное тепло воде, снова приняв жидкое состояние. Далее, рабочее тело попадает в расширительный клапан, давление снова падает и оно продолжает свой путь к испарению. Цикл завершен.

Заводские теплонасосы для жилого дома способны выдавать теплоноситель с температурой 55—60 ºС, этого достаточно для обогрева помещений радиаторами либо теплыми полами. При этом вся система отопления затрачивает электроэнергию на такие цели:

• питание компрессора;
• вращение роторов циркуляционных насосов наружного и внутреннего контура;
• питание средств автоматики и контроля.

Получается, что при потреблении 1 кВт электричества действие теплового насоса может переместить в дом до 5 кВт тепловой энергии извне, отсюда и небылицы о КПД 500%.

Тепловой насос воздух-воздух

Теоретически любая среда, имеющая температуру выше абсолютного нуля (минус 273 ºС), обладает запасом тепловой энергии. А значит, ее можно извлечь, уж тем более это нетрудно сделать при температуре окружающего воздуха минус 10—30 ºС.

Для этой цели служит тепловой насос воздух-воздух, отнимающий тепло у наружной окружающей среды и перемещающий его внутрь частного дома. Это самый доступный способ по цене оборудования и стоимости монтажа, он же – наименее эффективный. Чем крепче мороз на улице, тем меньше тепла удается получить. Принцип действия системы показан на рисунке:

Наружный блок воздушного теплового насоса внешне похож на такой же агрегат сплит-системы, только внутри у него нет компрессора. Остается лишь пластинчатый теплообменник и вентилятор, чьей задачей является повысить интенсивность процесса путем нагнетания через пластины большого количества воздуха.

Тепловой насос вода-вода

Более эффективным вариантом считается тепловой насос вода-вода. Он извлекает тепловую энергию из ближайшего водоема, если таковой есть на расстоянии до 100 м от дома. Другой, более распространенный способ – отбор тепла у грунтовых вод через скважину. По сути, скважин нужно 2: одна для выкачивания воды, другая – для ее сброса. Ниже представлены схемы тепловых насосов, действующих по такому принципу:

Здесь есть свои нюансы. Вода из скважины должна проходить очистку перед попаданием теплообменник, а трубы надо прокладывать ниже глубины промерзания грунта. Другое дело – контур на дне водоема, он заполняется незамерзающей жидкостью (пропиленгликолем), что служит посредником между водой и хладагентом.

Важно. Способность обеспечить частный дом тепловой энергией в этом случае зависит от производительности скважины и объема воды в пруде. Также существуют варианты погружения внешнего контура в проточную воду реки или канализационный септик.

Также существуют геотермальные тепловые насосы, чей принцип работы не отличается от предыдущих типов аппаратов, только тепло извлекается из грунта на глубине, где температура всегда одинакова – плюс 7 ºС. Для этого в землю закапывается горизонтальный контур из труб, занимающий большую площадь, либо в скважины глубиной 25 м опускаются геотермальные зонды. В обоих случаях в качестве теплоносителя используется антифриз.

Считается, что работа теплового насоса, добывающего тепло из грунта, — самая стабильная и эффективная. Но покупка и монтаж подобного оборудования очень дороги, а домашние мастера-умельцы редко прибегают к реализации этого варианта.

Как собрать тепловой насос в домашних условиях?

Поскольку термодинамический расчет теплового насоса представляет для большинства домашних мастеров — самодельщиков немалую сложность, приводить его здесь мы не будем. Наша задача – представить несколько действующих моделей, чтобы любой энтузиаст мог взять какую-нибудь из них за основу для создания собственного детища.

Необходимо отметить, что тепловой насос, придуманный и собранный своими руками, для подавляющего большинства рядовых пользователей останется недостижимой мечтой, если не приложить к его изготовлению массу усилий и времени.

Простейший тепловой насос из старого холодильника был описан в статье журнала «Инженер» за 2006 г. Он позиционируется, как нагреватель воздух – воздух для небольшого помещения или теплицы. Кстати, какой бы ни был мощный бытовой холодильник, на обогрев даже небольшого дома его не хватит, а вот на 1 комнатку – вполне. Решение реализуется 2 способами, причем внутренняя автоматика отключения демонтируется и все агрегаты соединяются напрямую для непрерывной работы. В первом случае старый холодильник находится в помещении, конструкция насоса показана на схеме:

Снаружи к нему прокладывается 2 воздуховода и врезается в переднюю дверку. Воздух по верхнему каналу попадает в морозилку, охлаждается и опускается к нижнему воздуховоду из-за увеличения плотности. Затем он покидает корпус холодильника, вытесняемый верхним потоком. Помещение прогревается от теплообменника, расположенного на задней стенке агрегата. По второму способу сделать своими руками тепловой насос так же просто, надо лишь встроить холодильник в наружную стену, как изображено на схеме:

Самодельный обогреватель из холодильника может функционировать до наружной температуры минус 5 ºС, не ниже.

Тепловой насос из кондиционера

Современные сплит-системы, особенно инверторного типа, успешно выполняют функции того же теплового насоса воздух – воздух. Их проблема в том, что эффективность работы падает вместе с наружной температурой, не спасает даже так называемый зимний комплект.

Домашние умельцы подошли к вопросу иначе: собрали самодельный тепловой насос из кондиционера, отбирающий теплоту проточной воды из скважины. По сути, от кондиционера тут используется только компрессор, иногда – внутренний блок, играющий роль фанкойла.

По большому счету, компрессор можно приобрести отдельно. К нему потребуется сделать теплообменник для нагрева воды (конденсатор). Медная трубка с толщиной стенки 1—1.2 мм длиной 35 м наматывается для придания формы змеевика на трубу диаметром 350—400 мм или баллон. После чего витки фиксируются перфорированным уголком, а затем вся конструкция помещается в стальную емкость с патрубками для воды.

Компрессор из сплит-системы присоединяется к нижнему вводу в конденсатор, а к верхнему подключается регулирующий клапан. Таким же образом изготавливается испаритель, для него сгодится обычная пластиковая бочка. Кстати, вместо самодельных емкостных теплообменников можно использовать заводские пластинчатые, но это обойдется недешево.

Сама по себе сборка насоса не слишком сложна, но здесь важно уметь правильно и качественно пропаивать соединения медных трубок. Также для заправки системы фреоном потребуются услуги мастера, не станете же вы специально покупать дополнительное оборудование. Дальше – этап наладки и пуска теплового насоса, который далеко не всегда проходит удачно. Возможно, придется немало повозиться, чтобы добиться результата.

Заключение

Конечно, отопление дома тепловым насосом – мечта многих домовладельцев. К сожалению, стоимость установок слишком высокая, а справиться с собственноручным изготовлением могут единицы. И то зачастую мощности хватает лишь на ГВС, об отоплении речь не идет. Если бы все было так просто, то у нас в каждом доме стоял самодельный тепловой насос, а пока что он остается недоступным широкому кругу пользователей.

В котельных сжигается газ, уголь или мазут. В результате этого образуется тепло, которое при помощи теплоносителя по трубам подается в многоквартирные дома. В частном секторе для получения теплоснабжения также могут сжигать газ, уголь или дрова. В некоторых редких случаях для отопления может использоваться электроэнергия.

В настоящее время имеются эффективные разработки тепловых насосов (далее — ТН). Их можно использовать для отопления домов частного сектора, садовых домиков и гаражей.

Особенности тепловых насосов

Для получения тепловой энергии в ТН не используются энергоносители, и поэтому не наносится вред окружающей природе. Такая установка производит тепловой энергии больше, чем потребляет электроэнергии.

Принцип работы

В основе работы ТН лежит принцип переноса тепла от более холодного источника к более теплому. То есть более холодное он делает еще холоднее, а более теплое — еще теплее. Это значит здесь не заложена идея вечного двигателя, потому что в сумме количество тепла сохраняется неизменным, а электроэнергия тратится только на разделение и перенос тепла.

Для чего нужны

Тепловой насос можно применить как для отопления, так и для охлаждения, потому что при помощи его происходит разделение и перенос тепла. Значит ту часть установки, которая становится холоднее, можно использовать для понижения температуры, а другую часть — для повышения.

Виды насосов

Имеются различные виды тепловых насосов, но все они основаны на использовании принципа получения тепла или холода методом разделения тепловой энергии и ее переноса. Лишь один ТН Френетта отличается. Кавитационный способ получения тепловой энергии при помощи гидродинамического генератора является разновидностью теплового насоса.

Тепловая энергия, которая расходуется на отопление здания, является следствием преобразования энергии, осуществляемого при помощи теплового насоса. Причем получают тепло без сжигания топлива, а при помощи охлаждения наружной среды и выделения тепловой энергии внутри помещения, то есть в этом случае закон сохранения энергии соблюдается: сколько тепловой энергии забирается из внешней среды, столько же и выделяется внутри здания. Большинство таких устройств бытового назначения используют тепло солнца, которое накапливается поверхностью земли, водой или воздухом.

Поэтому по типу первого контура все конструкции можно разделить на воздушные, грунтовые и водяные.

По виду теплоносителя (В — вода, Г — грунт) в контурах насосы можно разделить на восемь типов:

Они могут использовать также тепло выпускаемого воздуха, подогревая приточный, то есть работать в режиме рекуперации.

Воздух-воздух

По принципу работы тепловой насос напоминает тот, что применяется в кондиционере в режиме обогрева, но имеет единственное отличие. ТН настроен на отопление, а кондиционер на снижение температуры в комнате.

Принцип действия установки В—В заключается в следующем: воздух даже при низких температурах имеет некоторое количество энергии. Только при абсолютном нуле тепловая энергия отсутствует. Большинство ТН способны получать тепло при температуре –15 °С. В настоящее время некоторые производители выпускают станции, сохраняющие отбор тепла при –30 °С. Забор тепла происходит при помощи испарения фреона, который циркулирует по внутреннему контуру. Для этой цели используется испаритель, в котором хладагент преобразовывается из жидкого состояния в газообразное. При этом поглощается тепло.

Следующим блоком, который расположен в системе теплоснабжения В—В, является компрессор, который фреон из газообразного состояния превращает в жидкое. При этом выделяется тепло. Эффективность установки В—В напрямую зависит от температуры окружающей среды. Чем она ниже, тем и производительность станции меньше.

Воздух-вода

ТН типа воздух-вода является наиболее универсальной моделью. Она весьма эффективна в теплое время года, но в холодное время года производительность существенно падает.
Простой монтаж является преимуществом системы. Подходящее оборудование монтируется в любом месте. Тепло, которое удаляется из помещения в виде газа либо дыма, может повторно использовать.

Водяной ТН берет тепло из грунтовых вод, которые прокачиваются через испаритель. Подобный насос отличается неплохой эффективностью и повышенной стабильностью: эффективность — это результат значительной теплоотдачи воды.

Разумеется, для использования установки такого типа, нужно чтобы грунтовые воды на территории имелись в достаточном количестве. Желательно, чтобы вода находилась не глубже 30 метров.

Вода-вода

При такой системе во внутреннем контуре циркулирует легко испаряющаяся жидкость, например, фреон. В качестве контура внутри помещения могут быть водяные трубы, регистры или батареи, заполненные водой.

В качестве внешнего контура может выступать любой водоем, с достаточно большим количеством воды. Это может быть река, озеро или пруд. В этом случае теплоноситель забирает тепло с внешнего контура и отдает его контуру внутреннему.

Геотермальный

В качестве источника тепла у ТН используется запасенная тепловая энергия земли. Такие насосы считаются самыми эффективными, потому что температура грунта остается постоянной в течение всего года.

Эти системы подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Но для такого метода нужно довольно большая площадь под горизонтальные трубы, а для вертикальных систем необходимо выполнить значительные земляные работы.

Цены на разные виды тепловых насосов

Какой насос лучше сделать

Для того чтобы накопить опыт по изготовлению ТН, желательно собрать такой агрегат из старого кондиционера или из старого холодильника. В этом случае можно наглядно увидеть, как работает система. Еще одно немаловажное преимущество— это использование готовых деталей от холодильника или кондиционера. Собрать тепловой насос для отопления дома своими руками, используя тепловую энергию земли, будет следующим шагом в этом направлении.

Сборка простого насоса из кондиционера

Современные кондиционеры могут выполнять функцию ТН воздух—воздух. Но их производительность падает вместе с температурой наружного воздуха.

Доработав кондиционер, можно получить действительно работающую модель насоса. Для этого можно собрать самодельный ТН своими руками по рабочим вариантам чертежей из кондиционера, который отбирает энергию не у наружного воздуха, а от проточной воды. В этом случае от кондиционера используется только компрессор.

1. К компрессору нужно сделать теплообменник. Медная трубка длиной 30 метров наматывается в форме змеевика на цилиндр. После чего эту конструкцию нужно поместить в стальную емкость, которая имеет патрубки для воды.
2. Компрессор необходимо присоединить к нижнему вводу теплообменника, а к верхнему подключить регулирующий клапан.
3. Заправить систему фреоном лучше всего поручить мастеру.
4. Дальше следует всю конструкцию проверить и произвести пробный пуск ТН.
5. После устранения недостатков система отключается от напряжения, все закрепляется, закрывается защитными кожухом и включается в работу.

Сборка насоса из старого холодильника

Тепловой насос изготовить из старого холодильника можно двумя способами.

В первом случае холодильник должен находиться внутри помещения, а снаружи требуется проложить 2 воздуховода и врезать в переднюю дверку. По верхнему воздух попадает в морозилку, происходит охлаждение воздуха, и по нижнему воздуховоду он покидает холодильник. Помещение греется от теплообменника, который расположен на задней стенке.

По второму способу своими руками сделать тепловой насос тоже довольно просто. Для этого понадобится старый холодильник, его надо только встроить снаружи отапливаемого помещения.

Такой обогреватель может работать при наружной температуре до минус 5 ºС.

Изготовление геотермальной установки

Изготовить геотермальную установку своими руками вполне возможно. При этом для обогрева жилища используется тепловая энергия земли. Конечно, это трудоемкий процесс, но и выгода при этом получается существенная.

Расчет контура и теплообменников насоса

Площадь контура для ТН составляется из расчета 30 м² на каждый киловатт. Для жилого помещения площадью 100 м² нужно около 8 киловатт/час энергии. Значит площадь контура будет составлять 240 м².

Теплообменник можно сделать из медной трубки. Температура на входе 60 градусов, на выходе 30 градусов, тепловая мощность 8 киловатт/час. Площадь теплового обмена должна быть 1,1 м². Медная трубка диаметром 10 миллиметров, коэффициент запаса 1,2.

Длина окружности в метрах: l = 10 × 3,14 / 1000 = 0,0314 м.

Количество медной трубки в метрах: L = 1,1 × 1,2 / 0,0314 = 42 м.

Необходимое оборудование и материалы

Во многом успех при изготовлении ТН зависит от степени подготовленности и знаний самого исполнителя, а также от наличия и качества всего необходимого для монтажа теплового насоса.

Перед началом работ нужно приобрести оборудование и материалы:

• компрессор;
• конденсатор;
• контроллер;
• полиэтиленовые фитинги, предназначенные для сборки коллекторов;
• труба на земляной контур;
• циркуляционные насосы;
• водопроводный шланг или труба ПНД;
• манометры, термометры;
• трубка медная диаметром 10 миллиметров;
• утеплитель для трубопроводов;
• комплект уплотнений для герметизации.

Как собрать теплообменный блок

Теплообменный блок состоит из двух составных частей. Испаритель нужно собрать по принципу «труба в трубе». Внутренняя медная трубка заполняется фреоном или другой быстро закипающей жидкостью. По наружной циркулирует вода из скважины.

Перед сборкой конденсатора необходимо медную трубку намотать в виде спирали и поместить в металлическую бочку емкостью не менее 0,2 м³. Медная трубка заполняется фреоном, а бочка с водой подключается к системе отопления дома.

Обустройство грунтового контура

Для того чтобы подготовить необходимую площадь для грунтового контура, требуется выполнить большой объем земляных работ, которые желательно проводить механизированным способом.

Можно использовать 2 метода:

1. При первом способе необходимо снять верхний слой грунта на глубину ниже его промерзания. На дно получившегося котлована уложить змейкой свободную часть наружной трубы испарителя и произвести рекультивацию почвы.

2. Во втором способе нужно сначала прокопать траншею по всей планируемой площади. В нее укладывается труба.

Затем нужно проверить герметичность всех соединений и заполнить трубу водой. Если протечек нет, можно засыпать конструкцию землей.

Заправка и первый запуск

После окончания монтажа необходимо заполнить систему хладагентом. Данную работу лучше всего поручить специалисту, потому что для заправки внутреннего контура фреоном применяются специальные приборы. При заполнении нужно замерить давление и температуру на входе компрессора и на выходе.

После окончания заправки нужно включить оба циркуляционных насоса на самую низкую скорость, затем запустить компрессор и контролировать работу всей системы по термометрам. При прогреве магистрали возможно обмерзание, но после полного прогрева системы обмерзание должно растаять.

Видео

В этом видео показано, как можно из кондиционера сделать тепловой насос.

Из данного видео вы узнаете все о ТН: принцип работы, типы, преимущества и недостатки, правила монтажа.

Евгений Афанасьев главный редактор

Автор публикации 22.11.2018

Понравилась статья?
Сохраните, чтобы не потерять!

Воздушные тепловые насосы для отопления коттеджей использовались достаточно давно – в Финляндии и Швеции накоплен большой опыт их применения. Использование инверторных систем кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries (Japan) в качестве тепловых насосов для отопления дома (а так же любых жилых зданий и гостиниц) вполне оправдано и экономично. Поводом для написания данной статьи послужил практический пример в нашей стране – в Подмосковье осенью 2013 года для обогрева небольшого коттеджа был установлен воздушный тепловой насос (канальный кондиционер Mitsubishi Heavy Industries FDUM71V) .

Система успешно отработала зиму 2013-2014 года при достаточно низких наружных температурах (до -25С) и показала свою жизнеспособность в российских условиях. Учитывая сегодняшние характеристики оборудования и постоянное совершенствование систем кондиционирование в режиме тепла, постараемся в этой статье определить будущее технологии воздушных тепловых насосов для северных стран.

Отопление воздух — воздух

Традиционно системы кондиционирования воздуха воспринимались именно как системы охлаждения и иногда вентиляции помещений. При работе кондиционера зимой в режиме воздушного теплового насоса эффективность его снижалась, примерно при температуре -5 С тепловой коэффициент падал до значения 1, и при дальнейшем снижении наружной температуры эффективнее было использовать обычные электрообогреватели. Но все это было справедливо для систем кондиционирования воздуха на фреоне R22, с ON-OFF регулированием производительности компрессора. Новые системы кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries (Japan) обладают принципиально большим температурным диапазоном использования в режиме тепла – до -20 С.

Рис. 1. Схема обогрева коттеджа с помощью воздушной системы с тепловым насосом.

Благодаря чему существенно расширен температурный диапазон?

Во-первых, это использование фреона R410A, который обладает существенно бОльшим рабочим давлением, чем фреоны R22 или R407C (табл. 1). Это приводит к тому, что при понижении температуры наружного воздуха снижается температура и давление кипения фреона в наружном блоке. Снижение давления приводит к меньшей плотности газа на всасывании компрессора, и, следовательно, к снижению его производительности. Давление фреона R410A изначально больше в 1,5 – 2 раза, чем фреона R22, поэтому снижение производительности компрессора тоже происходит, но не так значительно.

Табл. 1. Давление газообразного фреона в состоянии насыщения, 105 Па.

Температура кипения

Фреон R22

Фреон R410A

Во-вторых, использование полиэфирного (PОЕ) масла для смазки компрессора, вместо применяемого ранее минерального (МО). Преимущества полиэфирных масел по сравнению с минеральными – лучшие смазывающие качества, меньшая кинематическая вязкость при низких температурах, меньшая температура застывания. Благодаря этому запуск компрессора при низкой температуре происходит плавно, с меньшей нагрузкой на двигатель.

В-третьих, применение DC-инверторного привода компрессора позволяет добиться высокой экономичности работы, отсутствия повышенных пусковых токов и плавности регулирования производительности даже при низких наружных температурах.

Таким образом, уже сегодня возможно использование систем кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries для обогрева коттеджей в зимнее время. Но насколько воздушное отопление дома экономично? Давайте ответим и на этот вопрос:

Расчет теплового насоса

С точки зрения теории тепловых насосов, максимальная величина теплового коэффициента зависит от температуры источника тепла (наружного воздуха — Тн) и приемника тепла (внутреннего воздуха в помещении — Тв). Идеальный верхний температурный уровень Тв теплового насоса равен температуре внутреннего воздуха в зимний период, которую можно принять +20 ˚С или +293 ˚К.

Идеальный нижний температурный уровень Тн равен температуре наружного воздуха. Для условий России данный параметр имеет различные расчетные значения, которые могут колебаться от –45 ˚С до –20 ˚С. Как нечто среднее рассмотрим расчетную температуру наружного воздуха по параметрам Б для города Перми. Она равна –35 ˚С или 238 ˚К.

Сейчас мы можем вычислить значения удельной затраты работы и коэффициента трансформации теплоты (тепловой коэффициент СОР):

Следовательно, при тех параметрах, которые мы приняли в качестве исходных данных, мы можем максимально получить 5,33 кВт тепловой энергии, затратив 1 кВт электрической. Согласитесь, полученная величина выглядит достаточно большой, учитывая, что мы взяли для расчета крайние температурные параметры и большую часть отопительного периода таких низких температур не будет. Однако реальная величина полученной тепловой энергии будет несколько меньше, т.к. в расчетах мы не учли необратимость процессов сжатия в компрессоре и дросселирования в ТРВ, пониженную температуру кипения в наружном блоке и повышенную во внутреннем. При повышении температуры наружного воздуха эффективность теплового насоса увеличивается (рис. 2).

Рис. 2. График производительности наружного блока при снижении наружной температуры.

Согласно принципа работы теплового насоса, ТН охлаждает наружный воздух и полученную энергию отдает в обслуживаемые помещения. Естественно, чем ниже температура наружного воздуха, тем меньше эффективность теплового насоса. Конкретные величины энергопотребления можно получить, зная коэффициент энергетической эффективности кондиционера при понижении температуры наружного воздуха (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость теплового коэффициента от температуры наружного воздуха.

Как следует из рисунка, тепловой коэффициент реального воздушного теплового насоса меняется от 3,8 единиц при +10 С, до 2,4 единиц при -20 С и в среднем за отопительный период равен 3. Т.е. использовать новые кондиционеры на 410 фреоне в качестве теплового насоса для отопления дома ровно в три раза выгодней, чем обычные электрообогреватели.

Особенности при использовании кондиционера в качестве обогревателя:

Выбор производительности и типоразмера внутренних и наружных блоков.

Выбор производительности внутренних блоков осуществляется в первую очередь исходя из требуемой мощности обогрева по каждому помещению. Требуемая мощность обогрева коттеджа зависит от многих факторов: района строительства, площади и термического сопротивления ограждающих конструкций, величины инфильтрации через окна и двери. Но в целом для отопления коттеджей средней полосы России требуется от 60 до 100 Вт на 1 м2 помещения. При проектировании мы должны учесть, что чем ниже температура наружного воздуха, тем больше нам требуется тепла для обогрева помещений. С другой стороны, чем ниже температура воздуха вокруг наружного блока – тем меньше эффективность теплового насоса. Поэтому расчет производительности системы нужно делать исходя из самых неблагоприятных условий – температуры наружного воздуха минус 20 С.

При минус 20 С производительность теплового насоса падает примерно до 60% от номинальных значений. Таким образом если наружный блок имеет номинальную производительность на тепло 25 кВт, 60% от этой величины составит 15 кВт тепла, что достаточно для отопления коттеджа площадью 150 – 200 м2. Для больших размеров коттеджей возможно применять несколько систем тепловых насосов либо VRF систему кондиционирования (до 1000 м2 обогреваемой площади с помощью одной системы).

Особенности воздушного режима помещения.

При работе любого обогревателя, для равномерного перемешивания теплый воздух необходимо подавать в нижнюю зону помещения. Если этого не сделать, то может возникнуть большой перепад температур между полом и потолком. Поэтому необходимо либо внутренний блок размещать как можно ниже, либо подавать теплый воздух в нижнюю зону в области пола. В Японии уже давно принято использовать в качестве обогревателей именно воздушные тепловые насосы, поэтому классическое расположение внутреннего блока применяется именно как на рисунке 4.

Рис. 4. Вариант интерьера жилых помещений с установкой внутренних блоков канального типа под окнами.

Утилизация теплоты вытяжного воздуха.

Не нужно забывать про естественный источник теплого воздуха с температурой +20С – вытяжной воздух с санузлов и кухонь. Не использовать эту энергию просто преступление. Поэтому конструктивно необходимо направлять выброс вытяжного воздуха на наружный компрессорно конденсаторный блок. Расход воздуха наружного блока, конечно, значительно больше, чем расход рециркуляционного вытяжного воздуха, но, тем не менее, смесь наружного воздуха и вытяжного будет значительно теплее, чем просто наружный воздух зимой.

Для примера возьмем коттедж с кратностью 2. Значит на 1 м2 площади приходиться 6 м3/ч приточного воздуха и соответственно столько же вытяжного. Расчетная производительность системы отопления около 80 Вт/м2 помещений. Если посмотреть на характеристики наружных блоков, то на 1 кВт производительности по теплу приходиться 300 м3/ч производительности по воздуху вентилятора наружного блока. Приводя к 1 м2 помещений, получаем 38 м3/ч наружного воздуха. Для наружного блока важно, чтобы температура смеси была не ниже –20°С. Значит, минимальная температура наружного воздуха при организации обдува конденсаторов вытяжным воздухом составляет:

Т.е. за счет подогрева вытяжным воздухом минимальная температура наружного воздуха может быть -27С.

Расчетные температуры наружного воздуха для разных городов России

Выше мы выяснили, что за счет утилизации теплоты вытяжного воздуха возможно расширить температурный диапазон работы до –27 °С. Таким образом, климатические условия городов на юге России уже позволяют использовать кондиционеры Митсубиси не только для охлаждения помещений в теплый период, но и для их обогрева в холодный. Отсюда возникает первый вопрос – а для каких городов возможно использование системы воздушного отопления в качестве основного и единственного источника обогрева помещений? Давайте посмотрим на расчетные температуры наружного воздуха по параметрам Б для зимнего периода (см. таблицу).

Город

Параметры Б, °С

(наиболее холодные 5 дней)

Параметры А, °С

(наиболее холодный месяц)

Таким образом, для средней полосы и юга России установка воздушных тепловых насосов с рекуперацией вытяжного воздуха возможна в качестве основной и единственной системы отопления дома. Для наружной температуры ниже -20С желательно иметь в запасе дополнительный источник тепла (например, камин), но большую часть отопительного периода все равно обеспечивается за счет теплового насоса с эффективностью в 3-4 раза большей, чем простой электрообогреватель.

Тепловой коэффициент воздушного теплового насоса меняется от 3,8 единиц при +10 С, до 2,4 единиц при -20 С. Чтобы понять, какой тепловой коэффициент будет средним за отопительный сезон, необходимо знать, какая температура наружного воздуха зимой является средней. Давайте обратим внимание на частоту определенной температуры наружного воздуха, например для г. Перми (рис. 5).

Рис. 5. Частота определенной температуры наружного воздуха для Перми.

Мы видим две линии: синяя – характеризует самый холодный год за последние 50 лет; фиолетовая – 2007 год. Выводы, которые мы можем сделать их этих графиков:

Показатели наружной температуры для Перми

Самый холодный за 50 лет

2007 год

Самые часто повторяющиеся температуры в течение отопительного периода

Средняя температура отопительного периода

Число суток с температурой наружного воздуха -20 С и ниже

Доля часов с температурой наружного воздуха -20 С и ниже (% от всего отопительного периода)

Средний тепловой коэффициент теплового насоса

Режим оттайки наружного блока и отвод конденсата.

При работе системы тепловых насосов наружный воздух охлаждается и из него выделяется конденсат, который благополучно намерзает на наружном блоке, снижая его производительность. Для удаления этого льда система применяет режим оттайки. Насколько снижается производительность наружного блока за счет режима оттайки? Это зависит главным образом от влагосодержания наружного воздуха. Особенностью влажного воздуха является снижение влагосодержания при снижении его температуры. Поэтому снижение производительности на тепло происходит в большей степени при температуре от +5 С до -10 С (максимум на 14%, рис. 6): А при расчетной температуре минус 20 С падение производительности составляет всего 2%, что не критично для выбора расчетной мощности системы.

Рис. 6. Коррекция мощности наружного блока по теплу на процесс стаивания инея.

Для удаления льда с наружного блока система кондиционирования включает режим оттайки, физический смысл которого сводится к кратковременному переключению кондиционера в режим охлаждения. Внутренние блоки при этом не работают, а компрессор подает фреон с температурой около 70 С на теплообменник наружного блока в течение 10 минут. Образовавшийся иней быстро тает и стекает с наружного блока. Но так как вокруг наружного блока отрицательная температура, то происходит снова замерзание конденсата под наружным блоком в виде огромных сосулек. Т.е. в случае использования системы кондиционирования в режиме тепла – нужно обязательно предусмотреть зимний комплект кондиционера, дооснащённый греющим кабелем для подогрева поддона наружного блока . Также желательно сделать организованное удаление конденсата от наружного блока по дренажным трубопроводам, которые должны быть обязательно подогреваемы и в теплоизоляции.

Выводы: использование новых инверторных систем кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries (Japan) в качестве тепловых насосов для отопления дома (а так же любых жилых зданий и гостиниц) вполне оправдано и экономично. Основные преимущества такого вида отопления следующие:

1. Стоимость универсальной системы обогрева и охлаждения помещений ниже, чем отдельно система отопления и кондиционирования.
2. За счет использования электронной системы регулирования производительности система кондиционирования точно поддерживает требуемую температуру в помещениях и быстро выходит на расчетный режим.
3. Отопление дома с помощью теплового насоса очень экономично – даже для условий Москвы средняя температура отопительного периода -3 С, а система в среднем будет давать три – четыре кВт тепла на 1 кВт потребляемой энергии. Для юга России коэффициент энергоэффективности еще больше.
4. Энергоноситель – фреон. Значит, при любых отключениях электричества систему разморозить невозможно.
5. И самое главное – установив тепловой насос воздух — воздух на основе системы кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries, хозяин коттеджа получит не только эффективный обогрев зимой, но и полноценное поддержание комфортной температуры воздуха летом.

Недостатком систем отопления "воздух — воздух" на сегодняшний день является необходимость использования резервного источника тепла для наружной температуры -20С и ниже (например, камин). Но 90% времени обогрев коттеджа будет осуществляться именно от работы теплового насоса.

Автор: Брух Сергей Викторович.

Группа компаний «МЭЛ» — оптовый поставщик систем кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries.