Принцип работы теплового насоса воздух-воздух: особенности работы

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: отопление при морозе -20°С

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

Плюсы и минусы конструкции

К преимуществам такого рода установок можно отнести следующие черты:

• Экологически безопасны. Их эксплуатация совершенно несвязана с выбросом в атмосферу каких бы то ни было загрязняющих веществ.
• Недороги в монтаже. Установка тепловых насосов хоть и требует квалификации, но в целом она не очень сложна, что положительно сказывается на цене работ.
• Не представляют пожарной опасности. Использование подобных систем абсолютно безопасно с точки зрения возникновения возгорания, в отличие от тех же каминов.
• Экономичны. Затраты электроэнергии, необходимые для функционирования агрегатов несущественны, что позволяет экономить на отоплении дома.
• Просты в обслуживании. Обслуживание тепловых насосов системы воздух-воздух можно проводить и своими руками при ознакомлении с несложными инструкциями. Однако у этих агрегатов есть и ряд недостатков:
• Работа системы принудительного нагнетания воздуха и компрессора связана с шумовым воздействием, пусть и небольшим.
• Зависимость от внешних климатических условий.
• Поступление с улицы пыли вместе с нагнетаемым воздухом.
• Необходимость непрерывного электроснабжения.

Таким образом, использование тепловых насосов системы воздух-воздух является оптимальным вариантом для экономичного отопления помещения. Правда, ряд факторов, например, погодные условия и теплоизоляция дома, накладывают на применение этих агрегатов значительные ограничения.

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

NIBE

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.

Как производится расчет мощности оборудования

Небольшой объем тепла присутствует в воздушном пространстве даже тогда, когда температура опустилась до -20 градусов по Цельсию. Важно, что оно пригодно для отопления дома с помощью автономной конструкции. Для расчета требуемых параметров обычно используется специальное программное обеспечение. Можно воспользоваться онлайн-системами, которые имеют поля для указания числовых значений. В них можно указать площадь помещения и высоту потолков. Иногда допускается задание диапазона температур, характерного для региона.

Теплонасос способен функционировать и при сильных морозах, но работать он будет при этом с меньшей отдачей. Благоприятным для системы является температурный диапазон от -10 до +10 градусов по Цельсию. Чтобы не ошибиться при выборе насоса, стоит учесть факторы:

• объем хладагента;
• общая площадь поверхности змеевиков во внешнем и внутреннем блоках;
• планируемый объем отдачи тепла.

Так как система имеет сравнительно простую конструкцию, установить ее сможет даже мастер с небольшим опытом обращения с техникой. Но расчеты желательно доверить специалистам. Как минимум, у них следует получить консультацию. Эксперты помогут определить нужные коэффициенты, произведут расчет теплового насоса воздух-воздух с учетом всех факторов. В средней полосе России для дома площадью 100 квадратных метров хватит агрегата мощностью 5 киловатт.

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.

Отличия теплового воздушного насоса от кондиционера

Тепловой воздушный насос во многом схож с работой кондиционера, но имеет некоторые отличительные особенности. Рассмотрим их подробнее:

1. Главным преимуществом насоса над кондиционером является экономичность. Кондиционеры затрачивают на работу значительно больше электричества, а при переключении на режим обогрева расходы увеличиваются.
2. Тепловой насос имеет высокую производительность и максимально обогревает помещение. А некоторые виды могут охлаждать помещение. Но во время охлаждения эффективность работы насосов значительно уступает кондиционерам.
3. Область применения. Тепловые насосы используются для обогрева помещения в течения всего года. А некоторые модели могут охлаждать. Кондиционеры работают в качестве вентиляции и могут дополнительно обогревать помещение, но с учетом того что температура воздуха составляет более +5 С.

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.