Тепловий насос повітря-повітря - як працює і для чого потрібне

Серед варіантів альтернативного опалення тепловий насос повітря вважається найбільш ефективним і найменш витратним. Для такої системи не потрібно складних робіт з виїмки ґрунту або буріння спеціальних свердловин зовні, або зі встановлення дорогих радіаторів традиційного водяного опалення всередині будинку. При бажанні і певній зноровці такий тепловий насос можна зробити самостійно, заощадивши суму, еквівалентну парі тисяч доларів.


Влаштування та принцип роботи теплового насоса повітря-повітря

Тепловий насос типу повітря-повітря складається з зовнішнього і внутрішнього блоків. Зовнішній, він же іспитовий блок, розміщується зовні будівлі. Саме з його допомогою з зовнішнього повітря витягується тепло. Це тепло нагріває холодоагент, який вскипає, переходячи в газоподібний стан. Потім компресор стискає цей газ, значно підвищуючи його температуру. Тепло стисненого газу передається в конденсатор (внутрішній блок), який знаходиться всередині приміщення. Конденсатор віддає тепло повітрю всередині приміщення. Цей процес відбувається безперервно і контролюється автоматично до тих пір, поки не буде досягнута задана температура в приміщенні.

Якщо є потреба в обігріві декількох приміщень або одного великого, то в цьому випадку використовуються різні системи розподілу і подачі теплого повітря.

В силу того, що теплові насоси даного типу нагрівають лише повітря в приміщеннях (відбувається прямий нагрів повітря), то такі теплонасоси можна використовувати тільки для опалення. Тобто, для підігріву води у ванній або кухні необхідно передбачити інші рішення.

Основні різновиди, їх принципи роботи

Всі теплові насоси відрізняються один від одного за джерелом енергії. Основні класи пристроїв: грунт-вода, вода-вода, повітря-вода і повітря-повітря.

Перше слово вказує на джерело тепла, а друге - означає те, на що воно перетворюється на пристрої.

Наприклад, у разі приладу грунт-вода тепло витягується із землі, а потім воно перетворюється на гарячу воду, яка використовується як нагрівач у системі опалення. Нижче ми розглянемо різновиди теплових насосів для опалення більш детально.

Грунт-вода

Установки типу грунт-вода видобувають тепло прямо із землі за допомогою спеціальних турбін або колекторів. Як джерело в даному випадку використовується земля, яка нагріває фреон. Він нагріває воду, яка знаходиться в баку-конденсаторі. При цьому фреон охолоджується і надходить назад на вхід насоса, а розігріта вода використовується в якості теплоносія в основній системі опалення.

Цикл нагріву рідини триває доти, доки насос отримує електрику з мережі. Найбільш витратним, з економічної точки зору, є метод грунт-вода оскільки для монтажу турбін і колекторів доведеться бурити глибокі свердловини або міняти розташування грунту на великій ділянці землі.

Вода-вода

За своїми технічними характеристиками насоси типу вода-вода дуже схожі на пристрої класу грунт-вода з тією лише відмінністю, що в якості первинного джерела тепла в даному випадку використовується не земля, а вода. Як джерело можуть використовуватися як підземні води, так і з різних водойм.

Фото 2. Монтаж конструкції для теплового насоса типу вода-вода: у водойму занурюються спеціальні труби.

Пристрої класу вода-вода значно дешевше насосів типу грунт-вода, оскільки для їх установки не потрібно бурити глибокі свердловини.

Довідка. Для роботи водяного насоса достатньо занурити кілька труб в найближчу водойму, тому для його роботи не потрібно бурити свердловини.

Вам також буде цікаво:

Повітря-вода

Установки класу повітря-вода отримують тепло прямо з навколишнього середовища. Такі прилади не потребують великого зовнішнього колектора для збору тепла, а для нагріву фреону використовується звичайне вуличне повітря. Після нагрівання фреон віддає тепло воді, після чого гаряча вода надходить в опалювальну систему через труби. Пристрої даного типу досить дешеві, оскільки для роботи насоса не потрібен дорогий колектор.

Повітряний

Установка класу повітря-повітря теж отримує тепло прямо з навколишнього середовища, а для її роботи також не потрібен зовнішній колектор. Після контакту теплого повітря відбувається нагрів фреона, потім фреон нагріває повітря в насосі. Потім це повітря викидається в приміщення, що призводить до локального підвищення температури. Пристрої даного типу також є досить дешевими, оскільки для їх роботи не потрібно встановлення дорогого колектора.

Фото 3. Принцип роботи теплового насоса повітря-повітря. В опалювальні радіатори надходить теплоносій з температурою 35 градусів.

Плюси використання

Позитивним моментом теплового насоса типу повітря-повітря, порівняно з насосом повітря-вода, є низька температура повітря, яка проходить через теплообмінник конденсатора. Простіше кажучи, якщо для теплонасосів типу повітря-вода для якісного опалення потрібно нагрів теплоносія (води) до досить високих температур, то в разі використання теплового насоса повітря-повітря необхідна температура нагріву повітря значно нижче. Тим більше що коефіцієнт ефективності теплового насоса тим вище, чим менше різниця між температурою джерела тепла і температурою в опалювальній системі.

Основні переваги теплового насоса типу повітря-повітря:

  • простота конструкції, монтажу та експлуатації - для встановлення таких теплонасосів немає необхідності в бурових роботах, прокладанні складних комунікацій, відведенні спеціальних приміщень та інше;
  • можливість встановлення практично в будь-якій кліматичній зоні;
  • теплонасоси такого типу можна встановити в уже побудованому будинку з наявною традиційною системою опалення, тим самим досягнувши значної економії коштів на опаленні. Установка потребує мінімальної зміни та втручання в існуючий дизайн;
  • мають найменшу вартість і найменший термін окупності, порівняно з іншими типами теплонасосів;
  • низьке енергоспоживання;
  • автономність, компактність і безшумність роботи;
  • у літній час теплові насоси типу повітря-повітря можна перемикати на режим охолодження, а наявність високоефективних повітряних фільтрів допоможе створити в приміщеннях необхідний мікроклімат.

Як вибрати тепловий насос типу повітря-повітря

Ефективність ТН повітря-повітря при опаленні будинку, безпосередньо залежить від правильного вибору станції та проведення попередніх розрахунків. Підбираючи відповідний ТН, звертають увагу на такі характеристики:

  1. Потужність теплонасоса.
  2. Компанія виробник.
  3. Вартість обладнання та підключення.

Увагу звертають і на додаткові функції. Пристрій ТН повітря-повітря може відрізнятися за кількістю доступних завдань. Обладнання здатне працювати на нагрів і охолодження. У серії деяких виробників окремо включено обладнання з вбудованими ємностями для нагріву води ГВП.

Оптимальна опалювальна система з тепловим насосом повітря-повітря відповідає технічним характеристикам будівлі і продумана з урахуванням подальшої експлуатації. При проведенні правильних розрахунків, самоокупність установки настає вже через 2-3 роки інтенсивного використання.

Як розрахувати необхідну потужність ТН

Низькотемпеолог ні теплові насоси для опалення системи повітря-повітря розраховуються виходячи з формули 0,7 кВт = 10 м ­. Таким чином, отримують приблизні параметри потужності.

Для первинних розрахунків формула досить точна. Для прикладу, можна провести розрахунок потужності побутового теплового насоса системи повітря-повітря, для приміщення в 200 м:

  • Розрахунок потужності включає стандартне приміщення, із середнім показником тепловтрат і висотою стелі не більше 2,7 м, за умови постійного проживання.
  • На кожен 10 м потрібно 0,7 кВт продуктивності ТН. Для 100 м - знадобиться установка на 7 кВт, 200 м - 14 кВт.
  • Якщо в принципову схему входить водогрійний бак, до отриманого результату додають ще 10-20% потужності.

Якщо всі розрахунки зроблені правильно, експлуатація ТН повітря-повітря, забезпечить нагрів повітря до комфортних 23 градусів протягом всього опалювального сезону, при мінімальних витратах на опалення.

Яку марку ТН повітря-повітря вибрати

Обладнання пропонують німецькі китайські і японські виробники. При виборі необхідно орієнтуватися на зазначені в технічній документації параметри та відгуки покупців.

Найкращі марки насосів повітря-повітря виготовляють в Японії. Азіатські корпорації одними з перших стали використовувати технологію вилучення низькопотенційної енергії з повітря, для охолодження приміщень. Відтоді їхня продукція суттєво покращилася:

  • Daikin - світовий лідер у виготовленні систем опалення та кондиціонування. Головною особливістю продукції є повне інтегрування системи в житловий будинок і забезпечення автономного клімат контролю, що пристосовується до побажань господарів. Під брендом Daikin пропонуються теплові насоси для побутових і комерційних потреб, що працюють на обігрів і охолодження, а також забезпечення потреб ГВП.
  • Mitsubishi - вітчизняному споживачеві продукція компанії знайома в основному по автомобілів, що випускаються. Але, як і багато інших японських компаній, крім машин, Mitsubishi випускає ще кілька видів техніки. Головною гідністю компанії вважається створення унікальної конструкції ZUBADAN, що дозволила істотно поліпшити робочі параметри і скоротити витрати електроенергії. ТН Мітсубісі зберігають працездатність до -25 ° С. Для опалення промислових комплексів, розроблені мультизонні системи.
  • Fujitsu - основний акцент, компанія робить на виробництві так званих комбінованих систем, що мають широкий додатковий функціонал. ТН працюють на обігрів та охолодження. При необхідності, легко інтегруються в систему рідинного опалення і ГВП. Fujitsu - це компактні і прості в експлуатації системи, призначені для опалення приватних будинків і котеджів.

При виборі підходящої станції, крім вибору виробника, звертають увагу на технічні параметри, зокрема СОР і мінімальну температуру, при якій насос зберігає працездатність.

Скільки коштує ТН повітря-повітря

На вартість впливають технічні характеристики, наявність додаткових функцій. Японці звикли класифікувати установки за продуктивністю і надійністю. Споживачеві пропонують три класи обладнання:

  • Побутові - орієнтовна ціна 200-350 тис. руб. Максимальна опалювальна площа не більше 100-140 м плечей.
  • Напівпромислові - обійдуться в 500-800 тис. руб.
  • Промислові - найдорожчі і продуктивні установки, призначені для довгої експлуатації при несприятливих умовах. Продуктивність до 90 кВт. Вартість від 900 до 3 млн. руб.

Додатково, до ціни теплонасоса додають вартість монтажу та виготовлення проекту, з розподілу потоків повітря при роботі. Особливо це важливо при обігріві приміщень великої площі, розділених на кімнати перегородками.

Особливості монтажу ТН системи повітря-повітря

Монтаж ТН повітря-повітря чимось нагадує установку спліт-системи. У пристрої присутні два блоки - зовнішній і внутрішній, з'єднаних між собою контуром, за яким циркулює холодоагент.

Зовнішній або зовнішній блок теплового насоса, монтується на вулиці. Деякі моделі встановлюються в спеціальний захисний кожух. Станція настільки легка, що її монтаж допускається навіть на покрівлі будівлі. Рекомендується, щоб ТН повітря-повітря встановлювалося приблизно в 2-3 м від входу в житлові приміщення.

Внутрішній блок розміщують таким чином, щоб потоки нагрітого повітря, максимально ефективно поширювалися по приміщенню. Допускається настінна і стельова установка.

Централізоване повітряне опалення будинку за допомогою теплового насоса повітря-повітря, при постійному проживанні, вимагає використання системи примусового нагнітання повітря. Протяжність повітряних каналів та їх розташування, ретельно прораховується під час виготовлення проектної документації.

Встановлення теплового насоса - це складний технологічний процес, тому, виконання робіт виконують спеціалізовані монтажні бригади, що мають відповідну ліцензію.

Переваги і недоліки ТН повітря-повітря

Опалення будинку ТН повітря-повітря має такі плюси:

  • Економія коштів - навіть при значних первинних витратах, теплонасос самоокупається вже через 3-6 років експлуатації. Оскільки обладнання розраховане на 30-50 років служби, вигоди очевидні. Витрати на електроенергію, протягом всього опалювального сезону, в 3-5 разів менше ніж у електрокотла.
  • Повна незалежність від традиційних видів палива. Головна перевага опалення ТН повітря-повітря полягає у виробництві теплової енергії, без використання газу, твердого та рідкого палива, тощо. За умови установки сонячних панелей, можна відмовитися і від зовнішньої електрики.
  • Екологічність - під час роботи використовують відновлювані джерела теплової енергії, повністю відсутні шкідливі викиди.

Звичайно, у теплонасосів є свої слабкі сторони, які час від часу намагаються виправити виробники. До них належать:

  • Залежність ККД від зовнішньої температури - виробники постійно вдосконалюють системи. Сучасне обладнання здатне працювати при -15 -25 ° С. Ефективність при низьких температурах помітно знижується, що обмежує застосування модулів для опалення приміщень в умовах Півночі.
  • Великі матеріальні витрати на придбання і монтаж теплонасоса. Головний недолік ТН повітря - повітря, через яке станції не отримали широкого поширення у вітчизняних умовах.

Перспективи використання ТН повітря-повітря досить оптимістичні. Порівняно недавно, кілька великих виробників оголосили про розробку модулів, здатних працювати при негативній температурі до -32 ° С. Постійно робиться акцент на здешевленні продукції, щоб зробити її доступною для споживачів середнього класу, поліпшується продуктивність (середні показники СОР у сучасних моделей дорівнюють 5-8 одиницям).

Ціни на рекомендоване обладнання

Ціни на теплові насоси типу «повітря-повітря» можуть бути різними. Це залежить від виробника, потужності комплекту, наявності додаткових опцій тощо. Можна придбати китайський теплонасос за ціною від 60 000 руб., продукція європейських компаній коштує дорожче - ціни стартують від 120 000 руб.

Порядок цін набагато нижчий, ніж на теплонасоси інших типів, але й такі ціни доступні далеко не всім.

Вартість встановлення

Монтаж повітряного теплового насоса не становить особливої складності, тому більшість користувачів виробляють його самостійно. Звертатися до спеціального сервісного центру доводиться тільки в разі придбання дорогих моделей від відомих європейських виробників, які відмовляють у гарантійному обслуговуванні, якщо установку виробляли не їхні фахівці. У таких ситуаціях за установку доводиться заплатити досить помітні суми, хоча розцінки у всіх різні і багато в чому залежать від регіону. В інших випадках монтаж виробляють самостійно, що практично не вимагає витрат.

Облаштування повітряної системи опалення

Повітряне опалення краще підходить для використання з тепловим насосом, ніж традиційні водяні системи з громіздкими і дорогими радіаторами, оскільки в цьому випадку немає необхідності нагрівати теплоносій до дуже високої температури. Нагріте повітря поширюється в житлових приміщеннях через систему повітроводів. Це виключає досить значні тепловтрати, які неминучі при транспортуванні гарячої води.

Для теплового насоса «повітря-повітря» можна використовувати різні види повітроводів, найчастіше це надійні конструкції з оцинкованої сталі

Нагріте повітря з теплообмінника надходить у фільтр, а потім - у систему повітроводів. Одночасно до нього підмішується деяка кількість зовнішнього повітря. Таким чином забезпечується не тільки обігрів приміщення, а й правильний повітрообмін.

Зрозуміло, для транспортування теплого повітря знадобиться досить потужний вентилятор. Повітроводи зазвичай прокладають уздовж стін кімнат, а тепле повітря надходить з приточних решіток, які доцільно розміщувати біля вікон. Крім того, система оснащується термостатами, які дозволяють регулювати обігрів приміщень в автоматичному режимі.

Для монтажу повітряної системи опалення доведеться запастися:

  • спеціальними повітрододами;
  • набором припливних решіток;
  • алюмінієвим армованим скотчем;
  • набором кріпильних елементів;
  • інструментом для роботи з оцинкованою сталлю.

Для транспортування гарячого повітря успішно використовуються як жорсткі, так і гнучкі повітроводи. Для жорстких конструкцій знадобляться додаткові відводи, щоб розгорнути напрямок потоку повітря під необхідним кутом (градусів).

Якщо запланувати монтаж повітряного опалення ще на етапі будівництва будинку, можна приховати повітроводи в стіні або під підвісною стелею. Інакше їх закривають спеціальними декоративними елементами

Найкраще монтувати систему повітроводів ще на етапі будівництва будинку. Тоді їх можна буде вбудувати прямо в стіни. Якщо рішення прийнято пізніше, повітроводи розміщують уздовж стін і приховують їх декоративними решітками.

Безпека та екологічність

Тепловий насос - хороший пристрій, який ідеально підійде для обігріву будівлі в якості допоміжного джерела тепла.

Як паливо в такому випадку використовуються ресурси навколишнього середовища, тому тепловий насос вважається поновлюваним джерелом енергії.

Головні переваги - безпека та екологічність, оскільки для експлуатації не використовується спалювання газу або вугілля.

Такий прилад не нашкодить людині і навколишньому середовищу, але використовувати її слід з розумом, оскільки в ряді випадків застосування цього приладу може бути недоцільно з інженерної або економічної точки зору.