Тепловой насос воздух воздух, эффективен ли он

Тепловые насосы это инженерные системы, предназначенные для переноса тепловой энергии из места с низкой температурой окружающей среды к месту с более высокой температурой. Согласно ISO 5151 на 1кВт потребляемого электричества производит 5,0 кВт тепловой энергии.

Рабочей средой для получения энергии может служить наружный воздух, грунт ниже точки промерзания или вода в водоемах. При этом получение тепла происходит без сжигания горючих видов топлива. Среди различных энергосберегающих технологий, это оборудование наиболее технологичное и эффективное.

Виды тепловых насосов

По принципиальному построению схемы передачи тепла тепловые насосы подразделяют на системы:

Первое слово в этих сочетаниях означает внешнюю среду, от которой забирается энергия. Второе слово это вид теплоносителя, с помощью которого обеспечивается обогрев помещений.

Использование геотермальных и гидротермальных установок менее выгодно. Дело в том, что получение тепловой энергии от грунта или воды в водоемах требует увеличения затрат, на бурение скважины, обеспечение защиты опускаемой части системы от воздействия коррозии и заиливания. Отбор тепла из окружающего воздуха делает работу тепловых насосов более выгодной и обоснованной экономически, за счет быстрой окупаемости капитальных затрат. При этом срок эксплуатации оборудования в несколько раз больше.

Использование для отопления и охлаждения

Это достаточно интересное оборудование, заменяющее собой и обогреватель и кондиционер. Это позволяет экономить не только на отоплении зимой, но и на оборудовании для поддержания комфортной температуры летом.

Принцип работы

Технология отбора энергии из холодной среды, и передачи в более теплое место, основан на физическом свойстве жидкости отбирать тепло в процессе испарения, и отдавать его при конденсации паров.

Если коротко! На этом же принципе основана работа любого холодильника и бытовых кондиционеров. Холодильник вырабатывает холод, при этом его стенки горячие. Здесь же процесс происходит наоборот.

Технологическая схема воздушного теплового насоса состоит из следующих элементов:

  • компрессор с электроприводом;
  • испаритель;
  • расширительный (дроссельный) клапан;
  • конденсатор с вентилятором обдува;
  • медные трубки для циркуляции хладагента (легкокипящей жидкости) между основными элементами схемы.

Испаритель представляет собой теплообменный радиатор и устанавливается на улице. В одном блоке с ним смонтирован компрессор и расширительный клапан. Конденсатор с вентилятором обдува находится в обогреваемом помещении. Для уменьшения нерациональных потерь энергии трубки циркуляционного контура покрыты слоем тепловой изоляции, чаще всего из вспененного полиэтилена или искусственного каучука.

В качестве хладагента используется легкокипящий фреон, не замерзающий при низкких температурах.

Простая схема работы

Рабочий процесс в тепловом насосе воздух-воздух складывается из 4-х последовательных циклов:

  1. Хладагент, в жидком состоянии с температурой ниже, чем у наружного воздуха, находится в установленном на улице испарителе. Попадая на стенки трубок, он испаряется и переходит в газообразное состояние. При этом температура фреона возрастает.
  2. Подогретый газ поступает в компрессор, который значительно повышает давление рабочей среды. Это приводит к дальнейшему росту температуры рабочей среды.
  3. В сжатом и разогретом состоянии пары хладагента подаются на стенки трубок конденсатора обдуваемого конденсатора, где происходит его переход из газообразного в жидкое состояние с одновременным охлаждением и образованием смеси пара и жидкости.
  4. Охлажденная смесь поступает в расширительный клапан, который пропускает только холодный жидкий фреон к испарителю и весь цикл повторяется снова.

Для того, чтобы повысить эффективность теплообмена в испарителе и конденсаторе их рабочую поверхность делают максимальной, на трубки устанавливают дополнительное оребрение и активно обдувают воздухом.

Видео обзор работы

Инверторные тепловые насосы воздух-воздух

Техническая особенность этого оборудования заключается в наличии устройства, позволяющего изменять производительность компрессора, а значит и всей установки в целом. Управление мощностью происходит в автоматическом режиме в зависимости от изменений температуры наружного воздуха. В результате инверторный тепловой насос обеспечивает:

  • высокую эффективность при максимально возможном КПД;
  • пониженное на 20-30% энергопотребление;
  • постоянное поддержание комфортной температуры внутри помещения;
  • минимальные нагрузки на электрическую сеть;
  • увеличенный срок эксплуатации.

Наличие инвертора и автоматизированного управления позволяет не только обогревать помещения зимой, но охлаждать летом при жаркой погоде. Однако следует понимать, что установка дополнительного оборудования приводит повышению стоимости всей установки в целом и увеличивает срок окупаемости установленного оборудования.

Организация отопления помещений

Как уже говорилось выше, нагретый хладагент поступает в трубчатый змеевик конденсатора, обдуваемый вентилятором. Благодаря наличию распределительно-направляющей решетки теплый воздух равномерно распределяется по помещению, возмещая существующие потери тепла через ограждающие конструкции и систему вентиляции. Организация отопления основана на постоянном подогреве воздуха циркулирующего внутри помещения.

Такой принцип работы ограничивает возможность применения одной установки по отапливаемой площади. Дело в том, что для обеспечения подачи нагретого воздуха на большое расстояние потребуется исходная скорость более 1 м/сек, что создаст явный дискомфорт для людей находящихся возле воздухораспределителя.

Режим подачи холодного воздуха

Воздушный тепловой насос может не только обогревать помещения, но и обеспечить их охлаждение во время летней жары. Для этого циркуляция хладагента запускается по обратному циклу.

В циркуляционный контур дополнительно устанавливают 4-ходовой клапан, второй дроссельный клапан и 2 линии труб. При переключении клапана закрывается линия в направлении «зимнего» дросселя и открывается в сторону «летнего». Циркуляция фреона происходит в противоположном направлении. В результате в такой системе конденсатор начинает выполнять функцию испарителя и наоборот.

Плюсы и минусы

Принимая решение об установке теплового насоса воздух-воздух необходимо знать основные достоинства теплопередающих систем. Так же нужно знать возможные проблемы, с которыми владелец может столкнуться во время эксплуатации.

ПреимуществаНедостатки
позволяют экономить большое количество топлива, снижая затраты на отоплениепостоянный небольшой шумовой фон от работающего вентилятора
способны не только отапливать, но и достаточно эффективно охлаждать воздух в помещенияхнепропорциональный рост электропотребления при понижении температуры наружного воздуха
пожаробезопасны, так как отсутствует горелка и высокотемпературные нагревательные элементыподнимающуюся пыль от постоянного движения воздуха в помещении
имеют высокий коэффициент теплоотдачи при минимально возможных затратах электроэнергиизависимость от стабильности работы систем электроснабжения
просты в монтаже и могут быть установлены даже своими рукаминевозможность подогрева горячей воды
доступны по стоимостисуществующий предел обогрева при сильных морозах
удобны и просты в эксплуатации и нуждаются в минимальном техническом обслуживании 

Главный плюс, который стоит выделить

Тепловые насосы прекрасно работают до температуры наружного воздуха -15°C. При дальнейшем похолодании эффективность системы резко снижается. Это связано с такой технической характеристикой, как точка кипения хладагента. Для наиболее распространенных марок она составляет:

  • R22 -25°С;
  • R404 -30°C;
  • R407 -21°C;
  • R410 -37°C.

Если температура наружного воздуха будет ниже этих величин, то фреон перестанет испаряться, и система просто не будет работать. Поэтому для жилых домов и коттеджей в холодной климатической зоне необходимо наличие дополнительного котла или камина.

Как рассчитать необходимую мощность

Номинальная мощность такого оборудования для обогрева рассчитывается исходя из то что 0,7 кВт необходимо на 10 м² площади. Таким образом на дом с площадью 100 м²  нам необходимо 7 кВт тепловой энергии. При этом нужно учесть что это средний показатель, в пиковые холода тепло энергии нужно будет больше, поэтому следует рассчитывать это оборудование с запасом в 10-15%.

Для более эффективного использования тепла  применяется накопительный бак или тепло аккумулятор необходимого объема. В нем накапливается тепло, не израсходованное днем, которое может быть применено ночью, когда температура окружающей среды значительно падает.

Монтаж системы

Схема монтажа

Конструктивно воздушные теплонасосы заводского изготовления выпускаются в виде единого моноблока или двух блоков раздельной установки. Моноблочные конструкции имеют мощность до 2 кВт, а более мощные разделены на внешний модуль и конвектор внутренней установки.

Монтаж моноблока предельно прост. Тепловой насос устанавливается под потолком на наружной стене внутри помещения. В корпусе теплового насоса есть приточный и выхлопной патрубки, которые нужно вывести утепленными воздуховодами на улицу. После этого подключить установке к электропитанию и установку можно использовать.

Монтаж раздельной конструкции начинается с наружной установки внешнего модуля и конвектора внутри помещения. При этом следует помнить, что чем больше расстояние между блоками, тем больше потери тепла во время работы. Предельно допустимое расстояние – 5 метров. После этого блоки соединяются между собой металлопластиковыми или медными трубками в усиленной тепловой изоляции с фольгированной защитой.

Некоторые модели тепловых насосов воздух-воздух предусматривают возможность подключения нескольких конвекторов к одному наружному блоку. Если такой возможности нет, то распределение тепла по отдельным помещениям организуется с помощью разветвленной системы приточной вентиляции.

Изготовители этого оборудования и цены

Тепловые насосы воздух-воздух предлагают на российском рынке более 20 различных компаний из Европы, Японии, Южной Кореи, Китая, Таиланда и других стран. В числе явных лидеров по популярности следует назвать:

  • Cooper&Hunter – купить оборудование этого производителя можно от 605 $ с выработкой 4 кВт тепловой энергии, 11200 $ с производительностью до 60 кВт;
  • Mitsubishi Electric – ценовой диапазон начинается с 2000 $;
  • Daikin – от 1600 $;
  • Panasonic – один из самых дорогих производителей, стоимость оборудования начинается от 5000 $.

Простые и доступные по цене, но менее комфортные и надежные бюджетные модели изготавливают Neoclima, Haier и Tosot.

Торговый бренд Cooper&Hunter представлен на нашем рынке большим количеством моделей, входящих в 9 бытовых серий и 1 промышленную. Мощность предлагаемого оборудования от 2,8 до 84,6 кВт. Все установки:

  • обеспечивают возможность работы в «зимнем» и «летнем» режиме;
  • рассчитаны на устойчивую эксплуатацию в диапазоне температур наружного воздуха от -25°C до +40°С (у некоторых моделей больше);
  • специально адаптированы для использования в северных странах Европы;
  • имеют специальную защиту от обмерзания;
  • нечувствительны к перепадам напряжения в диапазоне 110-260 Вольт;
  • оборудованы широкоугольными жалюзи с равномерным распределением воздуха;
  • отличаются малым уровнем шума во время работы;
  • используют систему очистки воздуха от пыли и других загрязнений.

Тепловые насосы концерна Mitsubishi Electric отличаются самым оптимальным соотношением цены, качества и удобного пользования. Внешние блоки работают без потери тепловой мощности до температуры -15°C и компания гарантирует подачу тепла при похолодании до -28°C.

Бытовая серия Zubadan и полупромышленная Mr.Slim включают широкий ряд моделей мощностью от 3,2 до 23,0 кВт. Некоторые устройства предусматривают возможность подключения нескольких конвекторов к одному внешнему блоку. Варианты установки: подвесной, настенный или напольный. Используются для отопления жилых домов, офисов, небольших магазинов и мастерских.

Отзывы о использовании

В этом разделе я попытался собрать реальные отзывы о применении тепловых насосов с различных форумов что бы получить максимально правдивую информацию.

Отзыв от установщиков, люди ежедневно сталкиваются с таким оборудованием, при этом имеют реальную возможность сравнить производителей.