Отопление дома тепловым насосом «воздух-воздух»

Полный цикл воздух-воздух

Для переноса тепла в теплонасосах используют хладагент (фреон) R407c, R410a, R22 или другие. Ниже приводим полный цикл его циркуляции для получения тепла:

  • Охлажденный хладагент попадает в компрессор, где его сжимает до жидкого состояния и он нагревается за счет изменения давления.
  • Попав в конденсатор, фреон отдает тепло в воздух через внутренний блок, охлаждается и его давление падает.
  • Расширительный вентиль снижает его давление до минимума и температура падает еще ниже.
  • Фреон переходит в газообразное состояние за счет уменьшения давления.
  • Хладагент попадает в испаритель, где нагревается от воздуха вне помещения.
  • Цикл повторяется снова.

В большинстве моделей хладагент сжимается настолько, что частично или полностью сжижается. В таком случае при испарении он сильнее охлаждается и может отобрать у наружного воздуха больше тепла. Но при этом потребление энергии будет выше.

Надежность и безопасность

Основной рабочий элемент в тепловом насосе — компрессор. Такой же, как в вашем холодильнике на кухне, только значительно большей мощности. Поэтому благодаря простой и продуманной конструкции теплового насоса он может работать бесперебойно более 25 лет и больше. Ни газовые, ни твердотопливные, ни электрические котлы не имеют такого срока службы.

Кроме того все процессы в холодильном контуре происходят в замкнутом пространстве. В работе теплового насоса исключен человеческий или внешний фактор. Нет процессов горения, нечему воспламеняться или дымить.

Тепловые насосы абсолютно безопасны для жильцов дома и для самой окружающей среды. Работа системы отопления или охлаждения с использованием теплового насоса исключает выброс любых вредных веществ, как это происходит во время работы газовых, или твердотопливных котлов.

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.

Оптимальную продуктивность по обогреву теплонасос выдает при температурах на улице -10…+10 градусов Цельсия, так он до ¾ тепловой энергии берет с улицы

При расчете воздушного отопления необходимо учесть:

  • 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.

Рекомендации по выбору модели

Чтобы тепловой насос, схема работы которого описана выше, демонстрировал высокую эффективность, следует знать, как правильно выбрать такое оборудование. Очень желательно, чтобы выбор теплового насоса вода-вода (а также «воздух – вода» и «земля – вода») осуществлялся с участием квалифицированного и опытного специалиста.

При выборе теплонасоса для водяного отопления учитываются следующие параметры такого оборудования:

производительность, от которой зависит площадь здания, отопление которого насос может обеспечить;
торговая марка, под которой произведено оборудование (учитывать данный параметр необходимо потому, что серьезные компании, продукция которых уже оценена многими потребителями, уделяют серьезное внимание как надежности, так и функциональности производимых моделей);
стоимость как самого выбираемого оборудования, так и его монтажа.

Оснащение котельной с тепловым насосом

При выборе тепловых насосов вода-вода, воздух-вода, земля-вода рекомендуется обращать внимание на наличие у такого оборудования дополнительных опций. Сюда, в частности, относятся возможности:

управления работой оборудования в автоматическом режиме (работающие в таком режиме за счет специального контроллера тепловые насосы позволяют создать в обслуживаемом ими строении комфортные условия для проживания; изменение параметров работы и другие действия по управлению теплонасосами, которые оснащены контроллером, могут выполняться посредством мобильного устройства или пульта ДУ);
использования оборудования для нагрева воды в системе ГВС (обращать внимание на данную опцию следует потому, что в некоторых (особенно старых) моделях тепловых насосов, коллектор которых устанавливается в открытых водоемах, она отсутствует).

Безопасность и экологичность прежде всего

Отопление с помощью описанных в данной статье насосов является одним из наиболее экологических методов. Обусловлено это по большей части сокращением выбросов в атмосферу углекислых газов, а также сбережением невосстанавливаемых энергоресурсов. Кстати, в нашем случае используются возобновляемые ресурсы, поэтому бояться, что тепло вдруг закончится, не стоит. Благодаря использованию вещества, кипящего при низких температурах, появилась возможность реализовать обратный термодинамический цикл и при меньших затратах энергии получать достаточное количество тепла в дом. Что касается пожаробезопасности, то тут и так все понятно. Нет вероятности утечки газа или мазута, взрыва, нет опасных мест для хранения горючих материалов и многое другое. В этом плане тепловые насосы очень хороши.

Плюсы и минусы

Рассмотрим по отдельности три вида, которые чаще используют для отопления коттеджей, домов, дач и вообще любого частного жилья.

Воздушный тепловой насос: плюсы и минусы

Стоимость воздушных тепловых насосов ниже чем у других типов за счет простоты конструкции. По сути, это кондиционер, но имеющий высокую надежность, производительность и способный работать при экстремально низких и высоких температурах. Монтаж теплового насоса прост и не требует проведения сложных работ.

Чем холоднее на улице, тем ниже эффективность (КПД). При очень низких температурах (в зависимости от модели и производителя) перестает вырабатывать тепло. Есть модели, способные работать и при -35, но они слишком дороги.

Тепловой насос воздух-воздух, это тот же кондиционер. Но его стоимость выше, ведь он нормально функционирует при низких температурах. Например, средней руки кондиционер не будет эффективно работать на обогрев при 0 градусов, а тепловой насос сможет не только обогревать помещение, но и позволит сэкономить.

Еще одно отличие – воздушный теплонасос имеет большую производительность и лучший КПД, чем любой из кондиционеров.

Существуют модели тепловых насосов воздух-воздух, способные работать на охлаждение. Установка такой техники поможет сэкономить на кондиционере.

Внутренний блок воздушного теплового насоса очень похож на внутренний блок кондиционера.

Водяные тепловые насосы: за и против

Температура в водоеме стабильная на протяжении года, поэтому эффективность работы не зависит от погодных условий. Для отбора термальной энергии из озера, пруда или реки нужно укладывать трубопровод (поле), но это несложный процесс.

За счет погружаемого в воду поля и прокладки магистрали между ним и испарителем стоимость оборудования и монтажа удорожается. Чем дальше от теплового насоса находится водоем, тем выше энергопотери и ниже КПД.

И, конечно, основной минус – необходимо наличие водоема.

Не каждый водоем может быть использован в качестве источника тепла для теплового насоса вода-вода или вода-воздух. Если объем воды небольшой, то она будет переохлаждаться и на трубопроводах образуется наледь. Она будет своеобразной «шубой», которая не позволит эффективно получать тепло.

Идеальный вариант – устанавливать поле в проточной воде, тогда можно не беспокоиться о температуре. Но не у всех есть река рядом с домом или дачей.

Идеальное месть для установки водяного теплового насоса

Плюсы и минусы тепловых насосов грунтового типа

На уровне ниже 1-1,5 метра под поверхностью земли температура не меняется на протяжении года. Поэтому производительность оборудования не зависит от того, лето на дворе или зима. На глубине почва прогрета лучше, чем в водоемах зимой, поэтому КПД грунтовых тепловых насосов выше, чем водяных.

Для прокладки труб нужно бурить скважины, либо укладывать трубопровод горизонтально. Это существенно удорожает процесс монтажа по сравнению с водяными тепловыми насосами. Что касается стоимости оборудования – она сравнима с последними.

Большую опасность для грунтового теплового насоса представляет неправильный расчет мощности. Если потребление тепла из земли будет высоким, а площадь поля или глубина и количество скважин – небольшими, почва начнет промерзать. Так как в грунте содержится влага, она образует ледяной кокон и доступ тепла прекратится.

Процесс эксплуатации грунтовых установок отличается в каждом отдельном случае. Геотермальный тепловой имеет свои насос за и против в зависимости от многих факторов, таких как:

  • Тип установки теплообменника;
  • Мощность теплового насоса;
  • Необходимая температура теплоносителя или воды;
  • Требуемая тепловая мощность;
  • Сложность грунтов;
  • Близость грунтовых вод;
  • Климат региона.

Так происходит укладка горизонтального поля для грунтового теплового насоса.

Особенности монтажа ТН системы воздух-воздух

Монтаж ТН воздух-воздух чем-то напоминает установку сплит-системы. В устройстве присутствует два блока – внешний и внутренний, соединенных между собой контуром, по которому циркулирует хладагент.

Наружный или внешний блок теплового насоса, монтируется на улице. Некоторые модели устанавливаются в специальный защитный кожух. Станция настолько легкая, что ее монтаж допускается даже на кровле здания. Рекомендуется, чтобы ТН воздух-воздух устанавливался приблизительно в 2-3 м от входа в жилые помещения.

Внутренний блок размещают таким образом, чтобы потоки нагретого воздуха, максимально эффективно распространялись по помещению. Допускается настенная и потолочная установка.

Централизованное воздушное отопление дома с помощью теплового насоса воздух-воздух, при постоянном проживании, требует использования системы принудительного нагнетания воздуха. Протяженность воздушных каналов и их расположение, тщательно просчитывается во время изготовления проектной документации.

Установка теплового насоса – это сложный технологический процесс, поэтому, выполнение работ выполняют специализированные монтажные бригады, имеющие соответствующую лицензию.

Преимущества и недостатки ТН воздух-воздух

Отопление дома ТН воздух-воздух имеет следующие плюсы:

  • Экономия средств – даже при значительных первоначальных затратах, теплонасос самоокупается уже через 3-6 лет эксплуатации. Так как оборудование рассчитано на 30-50 лет службы, выгоды очевидны. Затраты на электроэнергию, в течение всего отопительного сезона, в 3-5 раз меньше чем у электрокотла.
  • Полная независимость от традиционных видов топлива. Главное преимущество отопления ТН воздух-воздух заключается в производстве тепловой энергии, без использования газа, твердого и жидкого топлива, и т.д. При условии установки солнечных панелей, можно отказаться и от внешнего электричества.
  • Экологичность – во время работы используют возобновляемые источники тепловой энергии, полностью отсутствуют вредные выбросы.

Конечно, у теплонасосов есть свои слабые стороны, которые время от времени пытаются исправить производители. К ним относятся:

  • Зависимость КПД от наружной температуры – производители постоянно совершенствуют системы. Современное оборудование способно работать при -15 -25°С. Эффективность при низких температурах заметно снижается, что ограничивает применение модулей для отопления помещений в условиях Севера.
  • Большие материальные затраты на приобретение и монтаж теплонасоса. Главный недостаток ТН воздух – воздух, по причине которого, станции не получили широкого распространения в отечественных условиях.

Перспективы использования ТН воздух-воздух достаточно оптимистичные. Сравнительно недавно, несколько крупных производителей объявили о разработке модулей, способных работать при отрицательной температуре до -32°С. Постоянно делается акцент на удешевлении продукции, чтобы сделать ее доступной для потребителей среднего класса, улучшается производительность (средние показатели СОР у современных моделей равны 5-8 единицам).

Как работает тепловой насос системы воздух-вода?

Устройство ТН воздух-вода мало чем отличается от обычного кондиционера или холодильника, только при условии работы обратного процесса или цикла Карно. Этот же принцип используется в климатической технике нового поколения. Кондиционеры, работающие на охлаждение, способны протапливать помещение, до тех пор, пока температура не понизится до -5°С.

Технические характеристики теплонасосов воздух-вода существенно улучшены, по сравнению с обычной климатической техникой. Обогрев помещения возможен до тех пор, пока температура не опустится до -15°С -25°С, а в некоторых моделях и до -32°С, включительно.

Если не вдаваться в технические подробности, принцип работы теплового насоса воздух-вода заключается в следующем:

  • Низкотемпературные тепловые насосы воздух – вода состоят из контура, по которому циркулирует фреон, испарителя, конденсатора и компрессора.
  • В испарителе создаются условия для преобразования фреона в газообразное состояние. При этом, поглощается тепло из окружающей среды.
  • Газ направляется в компрессор, где создается высокое давление, при котором фреон разогревается до температуры 120-125°С и впрыскивается в конденсатор.
  • Газ в конденсаторе преобразовывается в жидкость, которая отдает тепло.

Данный принцип действия используется во всех тепловых насосах, разница заключается только в различных источниках, для получения тепловой энергии: земля, вода, воздух и т.д.

Производительность теплонасосов напрямую связана с температурой окружающей среды. Эта особенность гарантирует возможность применения ТН воздух-вода в средней и южной полосе России.

Тепловой энергии, получаемой в процессе разогрева фреона, хватит, чтобы нагреть теплоноситель до 65°С. Этой температуры более чем достаточно, для удовлетворения потребностей в горячем водоснабжении и отопления дома, радиаторной системой и теплыми полами.

Данный принцип работы использует низко потенциальную тепловую энергию, что ограничивает эксплуатацию устройства, внешними факторами. Оптимальная температура для теплонасоса воздух-вода, не ниже -10°С (в некоторых моделях 15-20°С). Когда значение падает ниже нормы, работоспособность оборудования резко снижается. Чтобы справиться с данной проблемой, был разработан принцип работы теплового насоса воздух-вода совместно с другими источниками тепла. Как это происходит на практике?

  • При падении температуры окружающей среды, насос начинает работать с постоянно увеличивающейся нагрузкой.
  • Когда показатели доходят до критичных отметок, включается резервный источник тепла: котел, работающий от электричества, жидкого и твердого топлива или газа, обеспечивающий повышение КПД.
  • Как только, температуры окружающей среды достаточно для полной производительности, котел отключается.

Контроль над включением-отключением отопительного оборудования осуществляется вручную или при помощи автоматики. Опыт эксплуатации показывает, что оптимально будет выполнить подключение в качестве резерва электрокотла.

Ограничение по температуре наружного воздуха делает нецелесообразным и даже невозможным установку воздушного теплонасоса для северных широт.

Технология правильного обслуживания

Работа тепловых насосов регулируется автоматически, поэтому никакого особого ежедневного ухода эта система не требует. Все же рекомендуется периодически, хотя бы раз в год, осматривать все элементы системы, чтобы выявить возможные неполадки и предотвратить их. Владельцу теплового насоса следует:

  1. Проверять состояние всех имеющихся фильтров и прочищать их.
  2. Контролировать температуру масла в компрессоре (оно должно быть теплым).
  3. Удалять мусор, попавший в наружный теплообменник.
  4. Удалять пыль и грязь с температурных датчиков.
  5. Проверять состояние проводки и линии подключения.
  6. Осматривать шланги, трубы и места их соединений, выявляя протечки.
  7. При необходимости смазывать соответствующие точки двигателя и вентилятора.

Обычно компрессор снабжен системой подогрева масла. Перед запуском насоса следует на несколько часов оставить его включенным, чтобы масло успело прогреться

Без этой предосторожности оборудование может очень быстро выйти из строя

Стоимость и срок окупаемости

Будущие домовладельцы ожидают услышать цену на тепловой насос на уровне газового котла, но если идёт речь о высокоэффективном геотермальном тепловом насосе, тогда придется инвестировать не малую сумму. Часть денег на сегодняшний день (до 30-35%) можно получить в виде компенсации по программе IQ Energy.

Второй нюанс — окупаемость. Чем меньше площадь дома, тем больше срок окупаемости. Очень часто будущие домовладельцы рассчитывают, что оборудование окупиться за 1,5-2 года. Такое иногда бывает (когда отапливаемый объект очень большой, а затраты на его отопления ещё больше), но чаще всего срок окупаемости оборудования составляет 10-15 лет, а то и больше. Речь идёт о высококачественном европейском оборудовании.

Для того, чтобы понять сколько будет стоить тепловой насос для вашего дома, а также как рассчитать его окупаемость — обратитесь к нашим специалистам. Мы с радостью поможем!

Система отопления с тепловым насосом

Тепловые насосы воздух-воздух могут применяться для обогрева отдельного помещения или являться основным узлом автономной системы отопления частного дома. При этом газовый, электрический котел превращается в резервный источник нагрева, включать его рекомендуется при значительном понижении внешней температуры. Профессионалы рекомендуют применять оборудование для воздушного отопления частного дома при создании локальных тепломагистралей.

Вся конструкция отличается компактностью, при этом тепловые насосы удобно интегрируются в уже функционирующую схему, например, с жидким теплоносителем, принимая на себя значительные или полные нагрузки. Гибкая подача тепла с возможностью регулировки микроклимата, а также простота замены одного прибора без нарушения работы всей системы – плюсы.

Но есть у локальной схемы и минусы:

  • направить потоки нагретого воздуха без системы воздуховодов невозможно, а обустройство трубопровода не всегда выгодно в экономическом плане;
  • суммовая эффективность приборов меньше, чем при применении одного мощного котла;
  • монтаж нескольких наружных блоков может испортить эстетику фасада;
  • ограничения протяженности трассы, связывающей наружный и внутренний блок, не позволяют использовать ТН повсеместно;
  • от идеи оборудования автономной схемы отопления для большого количества комнат внутри одного строения небольшого формата придется отказаться – это невозможно по техническим причинам.

Если тепловой насос воздух-воздух применяется при обустройстве централизованной системы отопления, недостаток только в высверливании дырок для крепления воздуховодов.

Рассмотрев минусы, нужно отдать должное плюсам, которых намного больше:

  1. Есть возможность контроля температуры нагрева в любой комнате, всем помещении. Также система позволяет интегрировать в схему оборудование для очистки, увлажнения, ионизации.
  2. При соблюдении технологии монтажа контроль притока/вытяжки воздушных потоков обеспечивает снижение теплопотери. Для устранения недостатка применяются системы рекуперации.
  3. К плюсам относится простота обслуживания приборов. Например, при значительных понижениях внешней температуры прогреть один блок намного проще, чем отогревать весь трубопровод магистрали.

Комплектующие системы воздушного отопления

Система оборудования для воздушного отопления включает внутренний и внешний блоки, контур для перемещения хладагента, вентилятор с функцией нагнетания воздуха и трубопроводы (каналы) для транспортировки потоков воздуха.

Для обустройства локальной системы нужны только 2 блока, один из которых устанавливается на крышу строения, второй монтируется внутрь помещения. Лучше выбирать точку, удобную для выхода тепловых потоков и перемещения по комнате с высокой эффективностью.

Области применения воздушной системы отопления

Свойства быстро очищать воздух и прогревать помещения локально объясняют популярность воздушного отопления в промышленных, производственных помещениях, офисах. Локальные конструкции в частных домах необходимы при перебоях с топливом, электричеством.

Простой расчет показывает, что при подведении газопровода к участку пользователь затратит не менее 10500$, при этом предполагаются дальнейшие вложения на обустройство системы трубопроводов, котла, поддержание работы насоса. В этом случае тепловой насос воздух-воздух обойдется намного дешевле, работать будет с первой минуты подключения системы и гарантирует пожизненное снижение затрат. А вот электрический, газовый или твердотопливный котел может стать резервным источником, подключаемым только при значительном похолодании.

Основные разновидности, их принципы работы

Все тепловые насосы отличаются друг от друга по источнику энергии. Основные классы устройств: грунт-вода, вода-вода, воздух-вода и воздух-воздух.

Первое слово указывает на источник тепла, а второе — означает то, во что оно превращается в устройстве.

Например, в случае прибора грунт-вода тепло извлекается из земли, а потом оно преобразуется в горячую воду, которая используется как нагреватель в системе отопления. Ниже мы рассмотрим разновидности тепловых насосов для отопления более подробно.

Грунт-вода

Установки типа грунт-вода добывают тепло прямо из земли с помощью специальных турбин или коллекторов. В качестве источника в данном случае используется земля, которая нагревает фреон. Он нагревает воду, которая находится в баке-конденсаторе. При этом фреон охлаждается и поступает обратно на вход насоса, а разогретая вода используется в качестве теплоносителя в основной системе отопления.

Цикл нагрева жидкости продолжается до тех пор, пока насос получает электричество из сети. Самым затратным, с экономической точки зрения, является метод грунт-вода поскольку для монтажа турбин и коллекторов придётся бурить глубокие скважины или менять расположение грунта на большом участке земли.

Вода-вода

По своим техническим характеристикам насосы типа вода-вода очень похожи на устройства класса грунт-вода с тем лишь отличием, что в качестве первичного источника тепла в данном случае используется не земля, а вода. В качестве источника могут использоваться как подземные воды, так и из различных водоёмов.

Фото 2. Монтаж конструкции для теплового насоса типа вода-вода: в водоём погружаются специальные трубы.

Устройства класса вода-вода значительно дешевле насосов типа грунт-вода, поскольку для их установки не нужно бурить глубокие скважины.

Справка. Для работы водяного насоса достаточно погрузить несколько труб в ближайший водоём, поэтому для его работы не нужно бурить скважины.

Вам также будет интересно:

Воздух-вода

Установки класса воздух-вода получают тепло прямо из окружающей среды. Такие приборы не нуждаются в крупном внешнем коллекторе для сбора тепла, а для нагрева фреона используется обыкновенный уличный воздух. После нагревания фреон отдаёт тепло воде, после чего горячая вода поступает в отопительную систему через трубы. Устройства данного типа довольно дешёвые, поскольку для работы насоса не нужен дорогостоящий коллектор.

Воздушный

Установка класса воздух-воздух тоже получает тепло прямо из окружающей среды, а для её работы также не требуется внешний коллектор. После контакта тёплого воздуха происходит нагрев фреона, затем фреон нагревает воздух в насосе. Потом этот воздух выбрасывается в помещение, что приводит к локальному повышению температуры. Устройства данного типа также являются довольно дешёвыми, поскольку для их работы не требуется установка дорогостоящего коллектора.

Фото 3. Принцип работы теплового насоса воздух-воздух. В отопительные радиаторы поступает теплоноситель с температурой 35 градусов.

Принцип работы теплового насоса «Воздух-вода»

Такой тип насосов считается одним из наименее эффективных по целому ряду причин. Во-первых, в холодное время года температура воздушных масс существенно понижается. В конечном итоге это приводит к уменьшению мощности насоса. Он может не справиться с отоплением большого дома. Во-вторых, конструкция более сложная и менее надежная. Тем не менее расходы на монтаж и обслуживание существенно снижаются. Это обусловлено тем, что вам не нужен водоем, колодец, а также не требуется копать траншеи под трубы на дачном участке.

Размещается система на крыше здания или в другом подходящем месте. Стоит заметить, что подобная конструкция имеет один существенный плюс. Он заключается в возможности использования отработанных газов, воздуха, который покидает помещение, повторно. Этим можно компенсировать недостаточную мощность оборудования в зимний период.

Ссылка на основную публикацию