Тепловой насос системы воздух воздух

Обновлено: 4 мая 2019

Одним из наиболее простых и доступных видов тепловых насосов является система «воздух-воздух», относительно недорогая и простая в установке и эксплуатации. Устройства такого типа получили широкое распространение благодаря своей универсальности и большим возможностям, ценовой доступности. Эффективность и надежность систем «воздух-воздух» заслуживают подробного изучения. Работу теплового насоса «вода-вода» мы рассмотрели в этой статье, а «воздух-вода» в этой.

Тепловой насос «воздух-воздух» для дома

Системы «воздух-воздух» наиболее известны широкому пользователю как кондиционеры (точнее, сплит-системы). Несмотря на обилие названий, речь идет об одном и том же устройстве, в основе конструкции которого лежит использование цикла Карно. Он описывает процессы, проходящие при последовательном испарении жидкости, сильном сжатии полученного газа, конденсировании и повторного образования жидкости. Во время сжатия температура газа сильно повышается, а при испарении жидкости — понижается. Эти два явления используются в холодильниках, кондиционерах и тепловых насосах, только в двух первых случаях полезным продуктом служит холод, а в последнем — тепло.

Принципы работы

Основу конструкции ТН «воздух-воздух» составляет замкнутый контур, заполненный хладагентом (фреоном). Этот контур состоит из двух частей, испарителя и конденсатора. В испарителе жидкий фреон переходит в газообразное состояние, активно отбирая у окружающей среды тепловую энергию. Полученный газ подается в компрессор, где сильно сжимается, отчего его температура повышается. Из компрессора горячий газ переходит в конденсатор, где переходит в жидкую фазу. После этого фреон пропускается через понижающий клапан и поступает в испаритель, и весь цикл повторяется снова.

Испаритель и конденсатор параллельно выполняют функцию теплообменников. На испаритель подается воздушный поток, взятый снаружи. Тепловая энергия при этом передается холодному газообразному фреону, позволяя ему высвободить ее при сжатии. На конденсатор также подается поток воздуха, но уже изнутри помещения. Обдувая горячий теплообменник, воздух набирает температуру и обогревает помещение.

Таким образом, для работы теплового насоса типа «воздух-воздух» требуется только замкнутый контур с фреоном и два вентилятора, что значительно упрощает и удешевляет конструкцию в сравнении с другими разновидностями тепловых насосов. Если надо охлаждать помещение, то внутрь подается воздух из испарителя, а поток с конденсатора выводится наружу.

Достоинства и недостатки

К достоинствам воздушных тепловых насосов можно отнести:

• универсальность. Система может охлаждать или нагревать помещение без каких-либо изменений или сложной перенастройки
• экологическая чистота. Для работы системы не требуется углеводородного топлива, не используются опасные для окружающей среды вещества
• простота конструкции. Установка приобретенного теплового насоса не составляет никакого труда
• возможность самостоятельного изготовления
• эффективность. Воздушное отопление быстро нагревает помещение и обладает низкой инерцией, что позволяет при необходимости быстро его охладить
• экономичность. Расходы на электропитание компрессора и вентиляторов многократно окупаются
• низкие цены. В сравнении с другими типами тепловых насосов, этот вариант самый дешевый
• пожарная безопасность

Имеются и недостатки:

• необходимость использования электроэнергии, причем, перебоев питания система не переносит
• результат работы напрямую связан с внешней температурой воздуха, что снижает устойчивость и вынуждает постоянно регулировать режим работы
• постоянное присутствие мелкой пыли и взвеси из-за активной конвекции воздуха
• небольшой, но заметный звуковой фон при работе системы

Тепловые насосы «воздух-воздух» работают до тех пор, пока наружная температура не опустится ниже -20°С (по другим данным, до -10°С — в зависимости от конкретной модели). После этого приходится переходить на другую систему отопления, которую обязательно надо иметь для подобных ситуаций. В условиях России такая зависимость значительно снижает интерес пользователей, поскольку зимние температуры в некоторых регионах намного ниже.

Расчет мощности установки

Выполнять расчет теплового насоса самостоятельно не рекомендуется. Надо использовать массу специальных данных, коэффициентов и прочих значений, пользоваться которыми в состоянии только специалисты. Если требуется рассчитать систему, надо обращаться к профессионалам. Они имеют опыт и знания, которые необходимы в этом деле.

Работа в -20°С

Что купить? Топ-5 лучших производителей насосов

Выбор теплового насоса типа «воздух-воздух» производится на основе учета площади дома, высоты потолков, материала и прочих параметров. Основным значением, на основании которого производится выбор, является отапливаемая площадь, поскольку от ее величины зависит мощность теплового насоса. Остальные показатели являются уточняющими, их надо учитывать при выборе, чтобы не допускать ошибок.

Рекомендовать конкретные модели можно только для определенного дома. Для того, чтобы сориентировать пользователя, можно лишь посоветовать наиболее надежных производителей. Рассмотрим самые популярные фирмы, занимающиеся изготовлением тепловых насосов типа «воздух-воздух»:

Mitsubishi Electric

Компания является признанным лидером среди производителей воздушных тепловых насосов

Fujitsu General LTD

Особенно выделяется серия GENERAL NORDIC, состоящая из широкого ряда моделей тепловых насосов для помещений разной величины

Шведская фирма, занимающая прочные позиции на европейском рынке производителей тепловых насосов. Отличается удачным сочетанием качества и стоимости оборудования

Danfoss

Фирма из Дании, страны, где использование воздушных теплонасосов распространено весьма широко

Vitocal

Немецкая фирма, поддерживающая традиции качества, точности и надежности оборудования

Рассмотрены наиболее солидные компании, чья продукция не нуждается в специальной рекламе. При этом, количество производителей очень велико. Для покупателей, ограниченных в финансовых возможностях, могут быть полезны изделия китайских или тайваньских компаний. Немалую долю на рынке занимает продукция российских фирм, устанавливающих более доступные цены, чем европейские компании.

Цены на рекомендуемое оборудование

Цены на тепловые насосы типа «воздух-воздух» могут быть разными. Это зависит от производителя, мощности комплекта, наличия дополнительных опций и т.д. Можно приобрести китайский теплонасос по цене от 60 000 руб., продукция европейских компаний стоит дороже — цены стартуют от 120 000 руб.

Порядок цен гораздо ниже, чем на теплонасосы других типов, но и такие цены доступны далеко не всем.

Стоимость установки

Монтаж воздушного теплового насоса не представляет особой сложности, поэтому большинство пользователей производят его самостоятельно. Обращаться в специальный сервисный центр приходится только в случае приобретения дорогих моделей от известных европейских производителей, которые отказывают в гарантийном обслуживании, если установку производили не их специалисты. В таких ситуациях за установку приходится заплатить довольно заметные суммы, хотя расценки у всех разные и во многом зависят от региона. В остальных случаях монтаж производят самостоятельно, что практически не требует расходов.

Как сделать тепловой насос «воздух-воздух» своими руками

Высокие цены на приобретение и сервисное обслуживание тепловых насосов побуждают пользователей изготавливать устройства с нужными параметрами своими руками. Для этого надо обладать определенными навыками и знаниями, но для людей подготовленных такая задача не составляет значительных затруднений.

Порядок действий состоит из трех этапов:

• подготовка, приобретение всех материалов, деталей или готовых узлов конструкции
• сборка теплового насоса
• запуск, настройка

Создание рабочего чертежа

Первый этап требуется для того, чтобы обзавестись всеми необходимыми материалами, но основная задача — создание рабочего чертежа. Необходимо тщательно продумать конструкцию и способы соединения всех узлов и деталей, предусмотреть удобство обслуживания и ремонта, другие рабочие моменты. Опытные мастера рекомендуют приступать к работе только после прояснения всех неясных моментов, чтобы не действовать наобум.

Сборка насоса

Второй этап — собственно создание теплового насоса. Его конструкция состоит из двух теплообменников практически одинаковой конструкции, разница только в размерах змеевиков. Для создания змеевиков используется медная трубка, которую наматывают на трубу или любую оправку цилиндрической формы. Змеевики устанавливаются в кожухи, которые продуваются вентиляторами. Получается два теплообменника, действующих по принципу калорифера.

• Один из них (испаритель) обдувается наружным воздухом, отдающим тепловую энергию.
• Второй — конденсатор, по нему проходит горячий фреон.

При обдуве потоком воздуха создается теплый поток, поступающий в жилые помещения.

Между выходным патрубком испарителя и входным штуцером конденсатора устанавливается компрессор. Выход конденсатора и вход испарителя соединяются дросселем, обеспечивающим падение давления на испарителе. Если нет опыта создания холодильных систем, в этом вопросе следует обратиться к профессионалу.

Монтаж таких систем требует обладания опытом и навыками, чтобы не пропустить важные моменты, обеспечивающие устойчивую и бесперебойную работу системы. Понадобится установка запорных вентилей, клапанов и прочих элементов, которые необходимы для заправки системы фреоном, ревизии, обслуживания и прочих работ.

Запуск

Третий этап состоит из пробного запуска, проверки работоспособности и настройки системы. Рекомендуется установить блок управления (подойдет блок от кондиционера), позволяющий регулировать работу системы во время эксплуатации. Все элементы теплового насоса следует спрятать в кожухи или корпуса, защищающие систему от механических повреждений и, в особенности, от обледенения.

Корпус наружного блока рекомендуется утеплить и оборудовать системой оттаивания, так как конденсат, накапливающийся на змеевике испарителя, отсекает воздушный поток и снижает эффективность обдува.

Обслуживание

Обслуживание системы необходимо производить регулярно. Требуется очистка от пыли, осмотр соединений, в особенности — стыков трубок, фитингов и прочих элементов. Необходимо следить за состоянием вентиляторов, вовремя смазывать их и очищать лопасти от пыли, чтобы поток воздуха не уносил в жилое помещение мелкую взвесь из твердых частиц и пыли.

Видео о монтаже

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.

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

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

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

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

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

Характеристика теплового насоса воздух-воздух

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

При этом не используются какие-либо сгораемые виды топлива.

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

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

Принцип действия и внутреннее устройство

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

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

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

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

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

Состоит тепловой насос воздух-воздух из таких элементов:

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

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

Алгоритм работы теплового насоса воздух-воздух выглядит следующим образом:

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

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

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

Чтобы увеличить мощность теплонасоса, поверхности конденсатора и испарителя делаются максимально большими. А для бесперебойности работы в зимний период наружный теплообменник оснащается собственной системой оттаивания.

Плюсы и минусы воздушного теплонасоса

У каждой технически сложной системы имеются свои достоинства и недостатки. Рекламные проспекты это одно, а в реальности владельцы тепловых насосов рискуют столкнуться с определенными проблемами.

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

К числу основных плюсов относят:

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

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

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

Среди отрицательных сторон теплонасосов можно упомянуть:

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

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

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

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

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

Коренные отличия от кондиционера

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

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

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

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

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

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

Подбор и расчеты теплового насоса

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Отдельные модели дополняют:

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

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

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

Самоделка из старого холодильника

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

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

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

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

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

Эта бытовая техника предназначена для эксплуатации исключительно в помещениях.

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

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

Наружный блок рекомендуется монтировать в нескольких метрах от входа в коттедж и подальше от окон, не стоит забывать о производимом вентилятором шуме.

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

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

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

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

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

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

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

Пошаговая инструкция по изготовлению теплового насоса из холодильника описана в этой статье.

Выводы и полезное видео по теме

Принцип работы тепловой сплит-системы «воздух-воздух»:

Воздушный тепловой насос в системе отопления двухэтажного дома:

Кондиционер-инвертор или тепловой воздушный насос – что лучше?

Тепловые насосы, работающие по принципу «воздух-воздух», являются высокоэффективными устройствами. Они просты в обслуживании, удобны в эксплуатации и экономичны.

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

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