Отопление тепловым насосом «воздух-вода»

Тепловой насос «воздух-вода» для дома

Отопление дома с помощью низкопотенциальных источников тепловой энергии на первый взгляд вызывает массу сомнений и нареканий. Практика опровергает все доводы против таких источников тепловой энергии, показывая эффективность и экономичность подобных систем. Рассмотрим один из вариантов конструкции теплового насоса «воздух-вода», позволяющий использовать совершенно бесплатный и неиссякаемый ресурс — атмосферный воздух. Работу теплового насоса «вода-вода» мы рассмотрели в этой статье.

Тепловые насосы, работающие по схеме «воздух-вода», относятся к группе аэротермальных конструкций. Они обеспечивают нагрев теплоносителя в системе отопления дома, источником тепловой энергии для которого является наружный воздух. Возможна также подача воды для системы ГВС.

Особенностью систем «воздух-вода» является сильная зависимость температур теплоносителя в системе отопления от температуры источника — наружного воздуха. Эффективность подобного оборудования постоянно изменяется как в сезонном отношении, так и в погодных условиях. В этом проявляется существенное отличие аэротермальных систем от геотермальных комплексов, чья работа стабильна в течение всего срока службы и не зависит от внешних условий.

Кроме того, тепловые насосы типа «воздух-вода» способны как обогревать, так и охлаждать воздух в помещениях, что делает их востребованными в регионах с относительно холодными зимами и жарким летом. В целом, использование подобных систем наиболее эффективно в относительно теплых районах, а для северных областей требуется дополнительные средства обогрева (обычно используются электронагреватели).

Как работают тепловые насосы воздух-вода?

В основе работы теплового насоса типа «воздух-вода» положен принцип Карно. Говоря более понятным языком, используется конструкция фреонового холодильника. Хладагент (фреон) циркулирует в замкнутой системе, проходя последовательно стадии:

  • испарения, сопровождающегося сильным охлаждением
  • подогрева от тепла поступающего наружного воздуха
  • сильного сжатия, при котором его температура становится высокой
  • конденсации с переходом в жидкое состояние
  • прохода через дроссель с резким падением давления и испарением

Для нормальной циркуляции хладагента необходимо иметь два отделения — испаритель и конденсатор. В первом температура низкая (отрицательная), для нагрева используется тепловая энергия из воздуха окружающей среды. Второе отделение служит для конденсирования хладагента и передачи тепловой энергии в теплоноситель системы отопления.

По сути, тепловой насос — это два теплообменника, соединенные между собой и совместно обеспечивающие непрерывный цикл Карно — сжатие газа с переходом в жидкую фазу с выделением большого количества тепла и его расширение с испарением и охлаждением.

Тепловой насос "воздух-вода", схема

Роль поступающего извне воздуха — передача тепла в испаритель, где температура очень низкая и требует повышения для предстоящего сжатия. Тепловая энергия воздуха имеется даже при отрицательных температурах и сохраняется до тех пор, пока не произойдет понижение температуры до абсолютного нуля. Низкопотенциальные источники тепловой энергии позволяют получать высокую эффективность системы, но при сильном понижении наружной температуры до -20°C или – 25°C система останавливается и требует подключения дополнительного источника обогрева.

Достоинства и недостатки

Достоинствами тепловых насосов «воздух-вода» являются:

  • простота установки, отсутствие земляных работ
  • источник тепловой энергии — воздух — имеется везде, он доступен и совершенно бесплатен. Для работы системы требуется только электропитание для циркуляционного оборудования, компрессора и вентилятора
  • тепловой насос можно конструктивно объединить с вентиляцией, что позволить существенно повысить эффективность работы обеих систем
  • отопительная система безвредна для окружающей среды и не опасна в эксплуатационном отношении
  • работа системы практически бесшумна, может управляться при помощи систем автоматики

Недостатками теплового насоса «воздух-вода» являются:

  • ограниченность применения. Бытовые модели ТН требуют подключения дополнительных систем отопления уже при -7°C, промышленные образцы способны держать температуру до -25°C, что для большинства регионов России слишком мало
  • зависимость эффективности системы от температуры наружного воздуха делает работу системы нестабильной и требует постоянной перенастройки режимов функционирования
  • для питания вентиляторов, компрессоров и прочих устройств требуется подключение к стабильному источнику электроэнергии

Планируя использование подобной системы отопления и ГВС, необходимо учитывать эти особенности.

Расчет мощности установки

Порядок расчета мощности установки сводится к определению площади дома, подлежащей обогреву, подсчету необходимого количества тепловой энергии и подбору оборудования, соответствующего полученным значениям. Излагать подробную методику расчета нет смысла, поскольку она чрезвычайно сложна, требует знания многих параметров, коэффициентов и прочих значений. Кроме того, нужен опыт выполнения подобных расчетов, иначе результат окажется совершенно ошибочным.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Обогреватели конвекторные для дома энергосберегающие настенные - цена реального спасения от холода

Для решения проблемы рекомендуется использовать онлайн-калькулятор, найденный в сети. Пользоваться им легко, надо лишь подставить в окошечки свои данные и получить ответ. Если появились сомнения, расчет можно продублировать на другом ресурсе, чтобы получить сбалансированные данные.

Что купить — топ-5 лучших насосов

Приобретение теплового насоса — важная и ответственная процедура. Давать какие-либо рекомендации в этой сфере можно только обладая конкретной информацией о размерах дома, материале стен, степени утепленности, конфигурации помещений, типе отопительной системы и т. д. Не обладая этими данными, рассуждать о лучших насосах бессмысленно. Однако, можно рассмотреть наиболее известных производителей, которые поставляют на рынок качественное оборудование и являются лидерами в этой области:

ALTAL GRUP

Компания базируется в Украине, России и Молдове. Производство оборудования ориентировано на условия российских регионов и может использоваться в суровых условиях

NIBE Industrier AB

Шведская фирма, присутствует на рынке с 1949 года и по праву является лидером в своей области. Производство ведется по самым передовым разработкам, используются лучшие материалы и комплектующие

Viessmann Group

Одна из старейших европейских компаний — основание фирмы датируется 1928 годом. Немецкие специалисты наработали огромный опыт и добились высочайшего качества своей продукции

OCHSNER

Австрийская компания, приступившая к серийному изготовлению тепловых насосов одной из первых и получившая признание пользователей благодаря качеству, надежности и долговечности оборудования

Heliotherm

Еще одна австрийская компания, производящая тепловые насосы и другое оборудование. Реализация продукции производится в Европе, отмечается высокое качество, надежность и широкие функциональные возможности отопительных систем

Кроме европейских, распространены комплексы из Китая и других стран Юго-Восточной Азии. Они дешевле, обладают достаточно высокими показателями, но по общему уровню несколько отстают от европейских образцов. Единственным преимуществом у них является цена, хотя расходы на подобное оборудование в любом случае весьма высоки. Если учесть, что установкой теплового насоса дело не ограничивается, надо подгонять под возможности комплекса всю систему отопления, то расходы становятся соотносимыми со стоимостью постройки дома.

В условиях России оптимальным выбором является приобретение бивалентных систем, позволяющих при возникновении сложных условий переключаться на другие источники тепла.

Мнение эксперта
Эксперт Energo.House Фомин О. А.
Горный инженер, строитель.
Важно! Большинство специалистов сходятся во мнении, что для большинства регионов России использование тепловых насосов типа «воздух-вода» нецелесообразно из-за чрезмерно сложных зимних условий. Мощность системы резко падает при понижении температуры. Кроме того, наружные воздушные блоки в холода работать не смогут.

Стоимость установки

Установка и пусконаладочные работы производятся по разным расценкам, зависящим от состава работ, используемого оборудования и техники, объемов и прочих факторов. Не менее важным обстоятельством считается общая экономическая обстановка в регионе, состояние покупательной способности населения.

В любом случае, расходы на монтаж и запуск системы потребуют примерно 20% от общей стоимости оборудования, что существенно отразится на кошельке пользователя.

Дороговизна монтажных работ нередко становится причиной самостоятельной установки и запуска системы, что делает возможным мелкий ремонт и обслуживание без привлечения специалистов. Однако, надо иметь в виду, что многие фирмы отказывают в гарантийном или сервисном обслуживании, если установка производилась посторонними людьми.

Воздушный тепловой насос своими руками

Дороговизна оборудования, монтажных работ и обслуживания, вынуждает многих владельцев домов заняться самостоятельным изготовлением тепловых насосов воздух-вода. Это занятие достаточно трудоемкое и требует наличия навыков, но результат позволяет сэкономить весьма большие деньги и получить ценный опыт создания отопительных систем. Рассмотрим основные этапы создания теплового насоса:

Сборка агрегата по схеме

Прежде всего, необходимо запастись основными узлами системы:

  • компрессор от холодильника или сплит-системы
  • медные трубки диаметром около 1 см, переходники и фитинги к ним
  • емкости для создания теплообменников (испарителя и конденсатора)
  • дроссельный клапан
  • фреон
  • крепежные элементы, соединительные детали и т.д

Потребуется горелка для пайки медных трубок, набор соответствующих инструментов, материалов. Для изготовления теплового насоса понадобится схема или рабочий чертеж, позволяющий более детально продумать ход работ и собрать все необходимые узлы и детали. Большинство из них придется покупать, но эти расходы не сравнить с затратами на приобретение готового комплекта.

Сборка наружного блока

Наружный блок обеспечивает забор воздуха и подачу его в испаритель. Для выполнения этих операций понадобится корпус и вентилятор, соединенный с воздуховодом, транспортирующим воздушный поток в испаритель теплового насоса. Некоторые мастера устанавливают испаритель в наружный блок, тем самым сокращая путь транспортировки. Это удобно и повышает компактность комплекса, но такой вариант возможен не всегда. Дело в том, что в испарителе фреон имеет очень низкую температуру, в зимнее время энергии наружного воздуха не хватит, чтобы дать достаточный тепловой импульс хладагенту.

Обычно рекомендуют устанавливать наружный блок на расстоянии в несколько метров от дома. Это не принципиально, монтаж на стену не менее удобен и практичен. Главное условие — стена должна быть подветренной.

Блок с теплообменником-испарителем

Блок испарителя представляет собой металлическую емкость объемом 80 л, медная трубка диаметром 10 мм с толщиной стенок 1 мм или больше. Из трубки делается змеевик — обматывается отрезок трубы или иного предмета цилиндрической формы с таким расчетом, чтобы готовая спираль из трубки свободно входила в бак. Длину трубки придется вычислять, для установки мощностью 5 кВт потребуется 10 м.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Настенные обогреватели для дома энергосберегающие инфракрасные, цена на самые безопасные и эффективные

Змеевик снабжают двумя отводами для соединения с остальным контуром системы. Отводы пропускают сквозь штуцеры в стенке емкости и герметизируют проходы для обеспечения неподвижности змеевика. Рекомендуется установить дополнительные крепления внутри бака, чтобы прочно зафиксировать змеевик, исключить возможность вибрации или перемещения.

Внутри емкости будет очень низкая температура. Для того, чтобы исключить возможность обмерзания трубки образующимся конденсатом, специалисты советуют установить осушитель или реле оттаивания.

Правила установки компрессора

Для компрессора рекомендуется изготовить отдельный шумоизолированный корпус. Это поможет обеспечить практически полную бесшумность работы комплекса. Вход компрессора присоединяется к выходному патрубку испарителя, а выход — ко входу конденсатора (второго теплообменника). Могут быть использованы следующие виды компрессоров:

  • роторные. Недорогие, но шумные устройства с низким ресурсом
  • спиральные. Бесшумные, долговечные и эффективные образцы, но имеют высокую цену
  • поршневые. Имеют длительный ресурс, высокую мощность, используются преимущественно в промышленном холодильном оборудовании. Цена таких устройств самая высокая

Рекомендуется использовать однофазную конструкцию компрессора, рассчитанного на фреон R22 или, лучше всего, R422. Эта марка хладагента наиболее простая и эффективная в работе.

Конструирование накопительной емкости (конденсатора)

Конструкция конденсатора похожа на испаритель, но требует герметизации, так как внутри будет находиться не воздух, а теплоноситель системы отопления. Понадобится бак емкостью 100 л (подойдет готовый из-под бойлера или любой другой, имеющий тот же объем). В верхней и нижней частях бака необходимо установить штуцеры для поступления теплоносителя (воды), там же понадобятся отверстия для прохода медной трубки.

Изготавливается змеевик, диаметр спирали должен быть немного меньше внутреннего диаметра бака. Для изготовления змеевика понадобится 12 метров трубки диаметром не менее 26 мм. Концы выводятся в отверстия корпуса, после чего выходы тщательно запаиваются и герметизируются.

Для установки змеевика бак придется разрезать вдоль, после закрепления половинки свариваются или соединяются другим способом, обеспечивающим полную герметичность. В результате получается емкость, сквозь которую проходит медный змеевик, чей внутренний объем не соединяется с объемом бака. Внутрь емкости ведут два штуцера — входной и выходной, по которым будет циркулировать теплоноситель.

Соединение внешнего блока с испарителем

Для соединения испарителя с внешним блоком рекомендуется использовать трубы из полиэтилена низкого давления диаметром 32 мм. Одна используется для подачи воздуха, другая — для вывода. Трубы рекомендуется утеплить, закопать в траншею или защитить любым другим способом. Оставлять их на открытом воздухе или поверхности земли можно, если наружный блок находится рядом с домом.

Соединение испарителя, компрессора и бака

Соединение медных трубок производится при помощи пайки. Здесь нужен опыт, если его нет, то надо пригласить специалиста-холодильщика, занимающегося промышленными установками. Люди, занимающиеся монтажом водопроводных систем и сантехники, хоть и производят пайку меди, здесь не компетентны, так как понадобится установка различной запорной арматуры, вентилей, переходников и прочих элементов.

Для этого нужен соответствующий инструмент, знание правил и тонкостей монтажа холодильного оборудования. Кроме того, понадобится заправить систему фреоном, что также потребует установки соответствующих элементов и наличия опытного специалиста.

Внедрение систем управления установкой

Для контроля и управления режимом работы теплового насоса могут быть использованы различные элементы:

  • плата с электроникой и дисплей от кондиционера, позволяющие регулировать давление и температуру хладагента
  • датчик вращения вентилятора, изменяющий скорость воздушного потока и регулирующий теплообмен в испарителе
  • таймер, датчики температуры, пускатели и прочие элементы управления

Использование этих устройств позволит оптимальным образом настроить работу теплового насоса и по мере необходимости регулировать ее.

Особенности обслуживания

Обслуживание комплекса заключается в периодической очистке элементов системы, добавлении масла в компрессор и вентилятор, смазке и прочем уходе за механическими деталями. Также понадобится иногда отогревать обледеневшие узлы системы (особенно в зимнее время). Необходим регулярный осмотр целостности трубопроводов, герметичности соединений, состояния запорной арматуры и т. д. Проверять электрическую часть системы — питающий кабель, целостность изоляции, качество соединения проводов. Выполнение этих действий позволит вовремя обнаруживать изъяны и принимать меры для их устранения.

Рейтинг автора
Автор статьи
Фомин Олег Александрович
Горный инженер, строитель.
Написано статей
87
Помогла статья? Оцените её
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Оценок: 4
Загрузка...