Тепловой насос «воздух-воздух»: принцип действия, устройство, подбор и расчеты

В подавляющем большинстве регионов нашей страны не обойтись без полноценного отопления. К сожалению, не всегда есть возможность подключить дом к централизованной системе отопления, что приводит к необходимости изыскивать другие способы обогрева.

В частности, воздушное отопление позволяет решить проблему обогрева жилых или производственных помещений. Данная система представляет собой массивный вентилятор со встроенным нагревателем, который забирает воздух с улицы, подогревает его, и подает в помещение. Минусом воздушных нагревателей является высокое потребление энергии, поскольку, обогрев осуществляется либо посредством электрических тэнов, либо с помощью водяных калориферов.

Современные интегрированные в вентиляционную установку воздушные тепловые насосы позволяют снизить уровень энергопотребления до минимума, не теряя при этом эффективности. Дело в том, что обогреватели воздух-воздух используют принцип рекуперации тепла, подогревая входящий воздух тем теплом, которое накопилось в исходящем воздушном потоке. Такими образом, потребление электроэнергии сводится практически к нулю, позволяя отапливать дом с минимальными затратами. Далее мы подробнее расскажем о том, как устроены приточно-вытяжные вентиляционные установки с парокомпрессионной и традиционной рекуперацией.

Принцип действия насосов воздух-воздух

Насосы воздух-воздух работают по схожему принципу с кондиционерами, с той разницей, что кондиционеры работают на охлаждение воздуха, а нагреватели – на обогрев. При этом для подогрева входящего потока используется низкопотенциальная энергия находящегося в помещении воздуха, что позволяет в несколько раз снизить энергопотребление, если сравнивать с обогревателями, использующими электричество или воду.

Рассмотрим принцип действия на примере установки с фреоновыми элементами:

• Даже при отрицательных температурах воздух содержит некоторое количество тепла, которое можно извлечь при определенных условиях. Большинство моделей насосов способны преобразовывать тепло при температуре до -15°С. Некоторые насосы способны работать и при -25°С, но коэффициент преобразования при этом будет равен единице.
• По внутреннему контуру насоса циркулирует хладагент, который в нужный момент с помощью испарителя переходит из жидкого состояния в газообразное. Когда фреон становится газом, он вбирает в себя тепло, которое в некоторых количествах содержится в воздухе даже при низкой температуре.
• Набрав тепло, фреон поступает в компрессор, где под давлением снова принимает жидкое состояние. Как раз в этот момент фреон нагревается, выделяя тепло, количество которого зависит от температуры воздуха. Накопление тепла происходит в конденсаторе. Компрессор, как правило, изготавливается в виде спирали, что способствует упрощенному запуску в холодный период.
• Конденсатор располагается во внутреннем блоке, устанавливаемом непосредственно в помещении. Именно в конденсаторе тепло накапливается за счет поступления разогретого фреона. Внутренний блок выполняет функцию теплообменника, в котором входящий поток нагревается, а затем распределяется по всему зданию.

Энергоэффективность ТН воздух-воздух напрямую зависит от температуры низкопотенциального источника теплоты. То есть, чем теплее за окном, тем больше тепла будет поглощать устройство. Большинство моделей полностью теряют способность поглощать тепло при температуре — 20°С. Поэтому в некоторых случаях систему оборудуют дополнительными нагревателями – электрическими или водяными. В любом случае, потребление электроэнергии у ТН примерно в 3 раза меньше, чем у приборов, работающих исключительно на электричестве или воде.

По способу компоновки тепловые насосы напоминают стандартные сплит-системы. ТН состоит из двух блоков, один из которых монтируется на улице, а второй – внутри помещения (на стене или потолке). Управление осуществляется дистанционно.

Особенности установки

Прежде всего, стоит отметить, что монтаж подобных систем требует определенной квалификации мастеров и лучше, чтобы он выполнялся профессионалами. Схема теплового насосасистемы воздух-воздух предполагает наличие двух блоков, наружного и внутреннего. Вся конструкция достаточно легкая, это позволяет устанавливать внешний блок даже поверх кровельного материала, например, черепицы.

При размещении внутреннего блока нужно руководствоваться принципом максимальной эффективности циркуляции нагретого воздуха по помещению. Его установка может быть произведена как на стене, так и на потолке.

Использование воздушного отопления как основного источника обогрева помещения предполагает создание сложной разветвленной системы воздуховодов

Протяженность и расположение воздуховодов должны быть тщательно рассчитаны специалистами монтажниками. Оптимальным решением для их маскировки станет установка натяжных потолков.

Отличие теплового насоса от кондиционера

Конструкционно кондиционер похож на тепловой насос. Например, оба устройства используют фреон для изменения температуры. Кроме того, и ТН, и кондиционер содержат в конструкции и компрессор, испаритель и конденсатор. Однако на этом сходства заканчиваются. Рассмотрим различия подробнее:

1. Основное различие заключается в производительности. Назначение теплового насоса – обогрев помещения. Также, как и кондиционер, тепловой насос может работать на охлаждение, но с меньшей эффективностью. Это утверждение справедливо и в обратную сторону – кондиционер может нагревать воздух при температуре не менее -5°С, однако эффективность будет небольшой.
2. Экономия энергии. Тепловой насос в режиме обогрева тратит меньше электроэнергии, чем инверторный кондиционер. Достигается такой эффект за счет подбора хладагента, объёму его заправки и увеличенному размеру испарителя. Средние энергозатраты ТН составляют 1 кВт на 3-4 кВт тепла.
3. Сфера применения. Кондиционеры применяются для охлаждения или обогрева при условии, что температура на улице не опускается ниже -5°С. Тепловые насосы, в свою очередь, используются при уличной температуре до -25 °С.

Тепловые насосы воздух-воздух условно относятся к источникам возобновляемой энергии, поскольку позволяют извлекать тепло непосредственно из атмосферы земли, используя при этом минимум энергии. Многолетний опыт применения подобных систем показал их высокую энергоэффективность и быструю самоокупаемость.

Что будет если пропадет электричество?

В случае пропадания электроэнергии ваш тепловой насос для дома кончено прекратит работать… как и любой другой современный отопительный газовый, дизельный или пеллетный котел, которые не могут работать без питания управляющей автоматики. Выход тут довольно простой – автономный бензиновый или дизельный генератор. При стоимости в 200-300 долларов, это решение является наиболее оптимальным. h2 Аварийные ситуации и поломки.

Любое, даже самое надежное оборудование, может выйти из строя, от это не застрахован ни кто. Действительно важным, является время реагирования и устранения сервисными службами возникшей поломки. Специалисты ООО «Нова Грос» выезжают в любую точку Беларуси в течении 24 часов, все основные узлы и запасные части хранятся у нас на складе.

Так же, во всех ТН производства «Stiebel Eltron» установлен встроенный резервный электронагреватель. Он позволяет поддерживать приемлемую температуру в здании, при выходе из строя компрессора, утечке фреона, повреждении наружного коллектора и прочих поломках.

ООО «Нова Грос» — Официальный сервисный и гарантийный центр Stiebel Eltron

Связаться с нами

Связаться с нами

Как выбрать ТН воздух-воздух

Рынок предлагает несколько видов ТН. При этом каждая из моделей обладает определенным набором характеристик, влияющих на возможности применения. Подбирая оборудование, нужно обращать внимание на следующие параметры:

• Производительность теплонасоса.
• Компанию производителя.
• Цену, как самого оборудования, так и его инсталляции.

Имеет значение наличие дополнительных функций. Например, некоторые модели могут не только нагревать, но и охлаждать воздух. В холодных регионах предпочтительнее использовать устройства со встроенными электрическими или водяными нагревателями.

Проще говоря, характеристики оборудования должны соответствовать эксплуатационным параметрам здания, в котором будет производится установка. Поэтому при выборе насоса необходимо консультироваться с профессионалами.

Преимущества и недостатки насосов воздух-воздух

Чтобы составить объективную картину преимуществ и недостатков какого-либо оборудования, специалисты изучают отзывы реальных владельцев. Это дает возможность узнать не только о сильных сторонах, но и о минусах, что невозможно сделать, опираясь исключительно на рекламные заявления производителей. Вот что говорят люди, использующие насосы воздух-воздух:

1. Установка ТН позволяет экономить значительные средства. Оборудование окупается примерно за 2 года. Учитывая, что срок службы теплового насоса составляет 30-50 лет, выгода очевидна. Кроме того, стоимость эксплуатации ТН в 3-4 раз меньше, чем электрических или котлов на СПГ.
2. Для работы устройства не требуются традиционные виды топлива – уголь и газ, а электричества уходит в разы меньше. Если установить солнечные панели, внешних источников электричества вообще не потребуется.
3. Экологичность оборудования. При работе теплового насоса не выделяются вредные вещества, что может являться важным фактором для тех, кто заботится о состоянии окружающей среды.

Изучая отзывы реальных людей, неизбежно сталкиваешься с негативными отзывами, о которых нужно упомянуть, чтобы не быть предвзятыми. Специалисты выбрали наиболее встречающиеся упоминания о минусах ТН:

1. Производительность во многом зависит от температуры источника теплоты. Например, фреоновые насосы могут работать при внешней температуре до -25°С. При этом чем холоднее, тем меньше эффективность.
2. Высокая стоимость, как самого оборудования, так и монтажа. Данный факт является определяющим в том, что тепловые насосы еще не получили повсеместного распространения.

Нужно сказать, что недостатки, о которых говорилось выше, не настолько критичны, чтобы отказаться от использования ТН воздух-воздух. Дело в том, что производители непрерывно совершенствуют свою продукцию, повышая КПД, и, корректируя ценовую политику. Например, современные модели ТН могут работать при более низкой температуре чем их предшественники, при том, что стоят они дешевле. Поэтому многие специалисты в области отопительных систем рекомендуют именно тепловые насосы.

Выводы.

Геотермальное отопление уже давно превратилось из «экзотики» в самостоятельное, активно развивающееся, направление. Вам имеет смысл остановиться на нем в следующих случаях:

Полная автоматизация – комфорт в использовании.

При отсутствии центрального газоснабжения, ТН является единственным полностью автономным способом отопления здания, не требующим регулярного обслуживания и снабжения топливом (как газгольдеры, пеллетные или дизельные котлы). Поэтому если Вы придерживаетесь принципа «поставил и забыл» — теплонасос для Вас идеальный вариант.

Все индивидуальные константы программируются при пусконаладке, в дальнейшем работа оборудования управляется автоматикой на основе показаний датчиков наружной и внутренне температуры воздуха, температуры теплоносителя в доме, температуры антифриза наружного контура, давления и пр.

В пользовательских настройках вы можете сами устанавливать желаемую температуру в здании, а так же программировать на определенные режимы: снижение температуры во время вашего отсутствия (отпуск, командировки), понижение температуры в 2-3 градуса в ночное время и пр. Возможно полнофункциональное управление через смартфон по интернету.

Безопасность и отсутствие согласований с МЧС.

Так как процессов горения в ТН не происходит в принципе, то отпадают все связанные с этим риски: пожар, утечки природного газа, образование угарного газа и пр. Соответственно нет необходимости делать и согласовывать проект в МЧС, обустраивать специальную принудительную вентиляцию и дымоходы, ежегодно проходить контроль инспекторов МЧС. Оборудование можно размещать в любом одном для вас помещении – шума, от работающего насоса, не больше чем от холодильника.

Цена.

Как ни странно это звучит, но иногда затраты на геотермальное отопление могут в итоге оказаться гораздо ниже, чем на классические системы. Конечно, если у вас по улице проложена газовая труба, и финансовый фактор для вас главный, то можно отдать предпочтение газовому котлу. Но в случае если газ нужно «тянуть» 200-300 метров, строить понизительную станцию, подготавливать и согласовывать для всего этого проектную документацию, то даже на первоначальных капиталовложения «газ» проигрывает.

Стоимость устройства газгольдеров, дизельных и пеллетных котлов может быть на 15-20% ниже, но эта разница окупается в первые 2-3 года использования, за счет экономии на топливе.

Посмотреть оборудование в «живую» и задать интересующие вопросы, вы можете в нашем офисе в г. Минске. Звоните! (044) 765-29-58;.

SDAR-XXX

Приточно-вытяжная установка, предназначенная для отопления и кондиционирования. Работает по принципу рекуперации – закачиваемый с улицы воздух подогревается теплом исходящего потока.

Наличие теплового насоса позволяет сократить нагрузку на встроенные нагревательные элементы. Производительность бытовых устройств – от 300 м3/час, промышленных – до 25 000 м3/час.

Наружная часть

Уличный блок теплового насоса стоит за воздухопрозрачными жалюзи. Он достаточно габаритный и внешне похож на промышленный кондиционер. Зимой корпус насоса обмерзает и покрывается плотной снежной шубой. Это предусмотренный в его работе процесс — по своим внутренним алгоритмам оборудование регулярно уходит на разморозку и полностью оттаивает. После этого все повторяется.

SDAR-INV-PL

Пластинчатый приточно-вытяжной рекуператор со встроенным тепловым насосом. Вентилятор нагнетает воздух в противоточный пластинчатый теплообменник, где воздух подогревается тем теплом, которое накопилось в исходящем из помещения потоком. Но дело в том, что воздух +20 °С не сможет нагреть поток с температурой -20 °С до комнатных значений. Условно возьмем рекуператор с КПД 100%, 20-20 равно 0, это то значение, которое получится при придуманных нами идеальных условиях. Как мы знаем современный ТН способен работать с отрицательными температурами. 0 °С удаляемого воздуха это и есть тот низкопотенциальный источник теплоты за счет, которого парокомпрессионный ТН догревает приточку. На улицу при этом выбрасывается воздух значительно ниже 0 °С

Таким образом, описанный выше насос воздух-воздух, интегрированный в ПВУ с рекуператором, повышает общий КПД установки практически в два раза.

Устанавливается в жилых, производственных и офисных зданиях. Позволяет нагревать и охлаждать входящий воздух. Работает, как нагреватель, без дополнительных источников энергии до температуры окружающей среды -10 С. Если температура опускается ниже, подключаются встроенные нагреватели. В летнее время может выполнять функцию кондиционера. Производительность от 300 м3/час до 25 000 м3/час.

Разновидности аккумуляторов природного тепла

Земельная энергия

Земные массивы в глубине планеты служат для бесплатного получения низкотемпературной энергии. Есть области ниже линии промерзания, в которых на протяжении года держатся стабильные показатели плюсовой температуры. Для сбора тепла применяют два распространенных способа:

• прокладка горизонтальных трубопроводов большой протяженности на мелком заглублении (более 1м) и расстоянием между ветками около метра;
• бурение вертикальных и наклонных скважин глубиной от 40 до 250 м для поднятия теплой воды, обработки ее и последующим сбросом в водоем.

Водное тепло

Для такого способа подходят теплые озера и реки с наличием течения и незамерзающего слоя воды. Иногда высокое поднятие грунтовых вод тоже используется для забора тепла насосом. На дно водоема прокладывают трубы, придавливают их грузом и используют открытый способ сбора энергии. Он подразумевает, что в одну скважину по ходу тока воды поднимается жидкость, а после обработки сбрасывается по второй скважине. Для варианта использования грунтовых вод велик риск, что высота поднятия может поменяться в зависимости от сезона или сдвигов в земной коре.

Использование воздушных масс

Такой принцип забора тепла является самым доступным и дешевым. Устанавливается теплообменник, который представляет собой скопление ребер, таким образом, увеличивая контактную площадь. Для усиления сбора энергии ставят вентиляторы обдува. Очень эффективно применение такого источника для подогрева воды в бассейне или повышения температуры воды хозяйственных и бытовых нужд. Для этого расходуется мало электричества, и такая система является экономически обоснованной.
Легкие системы небольшой мощности располагают на крыше или стене дома, для более мощных требуется самостоятельный фундамент. В установках работа происходит за счет инверторного преобразования переменного тока. Если достигнута нужная температура жидкости, то снижается мощность, что позволяет экономить средства и продлить срок службы насоса.

SDAR-INV-W

Установка, работающая по тому же принципу что и описанная выше, но вместо пластинчатого рекуператора применяется роторный. Это несколько удорожает конструкцию, но добавляет эффективности рекуперации 5%.

Используется для вентиляции и обогрева в помещениях любого типа – жилых и производственных. Также может выполнять функцию кондиционера. Объем подаваемого воздуха – от 500 м3/час до 25 000 м3/час.