17.01.2021

Тепловой насос воздушный – Тепловой насос воздух-вода — устройство, преимущества, сборка самодельного агрегата

Отопление коттеджей с помощью тепловых насосов Mitsubishi Heavy Industries

 

Воздушные тепловые насосы для отопления коттеджей использовались достаточно давно – в Финляндии и Швеции накоплен большой опыт их применения. Использование инверторных систем кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries (Japan) в качестве тепловых насосов для отопления дома (а так же любых жилых зданий и гостиниц) вполне оправдано и экономично. Поводом для написания данной статьи послужил практический пример в нашей стране – в Подмосковье осенью 2013 года для обогрева небольшого коттеджа был установлен воздушный тепловой насос (канальный кондиционер Mitsubishi Heavy Industries FDUM71V) .

Система успешно отработала зиму 2013-2014 года при достаточно низких наружных температурах (до -25С) и показала свою жизнеспособность в российских условиях. Учитывая сегодняшние характеристики оборудования и постоянное совершенствование систем кондиционирование в режиме тепла, постараемся в этой статье определить будущее технологии воздушных тепловых насосов для северных стран.

 

Отопление воздух — воздух

Традиционно системы кондиционирования воздуха воспринимались именно как системы охлаждения и иногда вентиляции помещений. При работе кондиционера зимой в режиме воздушного теплового насоса эффективность его снижалась, примерно при температуре -5 С тепловой коэффициент падал до значения 1, и при дальнейшем снижении наружной температуры эффективнее было использовать обычные электрообогреватели. Но все это было справедливо для систем кондиционирования воздуха на фреоне R22, с ON-OFF регулированием производительности компрессора. Новые системы кондиционирования  Mitsubishi Heavy Industries (Japan) обладают принципиально большим температурным диапазоном использования в режиме тепла – до -20 С.

Рис. 1. Схема обогрева коттеджа с помощью воздушной системы с тепловым насосом

Рис. 1. Схема обогрева коттеджа с помощью воздушной системы с тепловым насосом.

 

Благодаря чему существенно расширен температурный диапазон?

Во-первых, это использование фреона R410A, который обладает существенно бОльшим рабочим давлением, чем фреоны R22 или R407C (табл. 1). Это приводит к тому, что при понижении температуры наружного воздуха снижается температура и давление кипения фреона в наружном блоке. Снижение давления приводит к меньшей плотности газа на всасывании компрессора, и, следовательно, к снижению его производительности. Давление фреона R410A изначально больше в 1,5 – 2 раза, чем фреона R22, поэтому снижение производительности компрессора тоже происходит, но не так значительно.

Табл. 1. Давление газообразного фреона в состоянии насыщения, 105 Па.

Температура кипения

Фреон R22

Фреон R410A

— 50 С

0,64

1,01

— 40 С

1,05

1,76

— 30 С

1,64

2,70

— 20 С

2,45

4,00

— 10 С

3,54

5,73

0 С

4,98

7,96

 

Во-вторых, использование полиэфирного (PОЕ) масла для смазки компрессора, вместо применяемого ранее минерального (МО). Преимущества полиэфирных масел по сравнению с минеральными – лучшие смазывающие качества, меньшая кинематическая вязкость при низких температурах, меньшая температура застывания. Благодаря этому запуск компрессора при низкой температуре происходит плавно, с меньшей нагрузкой на двигатель.

В-третьих, применение DC-инверторного привода компрессора позволяет добиться высокой экономичности работы, отсутствия повышенных пусковых токов и плавности регулирования производительности даже при низких наружных температурах.

 

Таким образом, уже сегодня возможно использование систем кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries для обогрева коттеджей в зимнее время. Но насколько воздушное отопление дома экономично? Давайте ответим и на этот вопрос:

 

Расчет теплового насоса

С точки зрения теории тепловых насосов, максимальная величина теплового коэффициента зависит от температуры источника тепла (наружного воздуха — Тн) и приемника тепла (внутреннего воздуха в помещении — Тв). Идеальный верхний температурный уровень Тв теплового насоса равен температуре внутреннего воздуха в зимний период, которую можно принять +20 ˚С или +293 ˚К.

    

Идеальный нижний температурный уровень Тн равен температуре наружного воздуха. Для условий России данный параметр имеет различные расчетные значения, которые могут колебаться от –45 ˚С до –20 ˚С. Как нечто среднее рассмотрим расчетную температуру наружного воздуха по параметрам Б для города Перми. Она равна –35 ˚С или 238 ˚К.

Сейчас мы можем вычислить значения удельной затраты работы и коэффициента трансформации теплоты (тепловой коэффициент СОР):

Рис. 1. Схема обогрева коттеджа с помощью воздушной системы с тепловым насосом

Следовательно, при тех параметрах, которые мы приняли в качестве исходных данных, мы можем максимально получить 5,33 кВт тепловой энергии, затратив 1 кВт электрической. Согласитесь, полученная величина выглядит достаточно большой, учитывая, что мы взяли для расчета крайние температурные параметры и большую часть отопительного периода таких низких температур не будет. Однако реальная величина полученной тепловой энергии будет несколько меньше, т.к. в расчетах мы не учли необратимость процессов сжатия в компрессоре и дросселирования в ТРВ, пониженную температуру кипения в наружном блоке и повышенную во внутреннем. При повышении температуры наружного воздуха эффективность теплового насоса увеличивается (рис. 2).

График производительности наружного блока при снижении наружной температуры

Рис. 2. График производительности наружного блока при снижении наружной температуры.

 

Согласно принципа работы теплового насоса, ТН охлаждает наружный воздух и полученную энергию отдает в обслуживаемые помещения. Естественно, чем ниже температура наружного воздуха, тем меньше эффективность теплового насоса. Конкретные величины энергопотребления можно получить, зная коэффициент энергетической эффективности кондиционера при понижении температуры наружного воздуха (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость теплового коэффициента от температуры наружного воздуха.

Рис. 3. Зависимость теплового коэффициента от температуры наружного воздуха.

 

Как следует из рисунка, тепловой коэффициент реального воздушного теплового насоса меняется от 3,8 единиц при +10 С, до 2,4 единиц при -20 С и в среднем за отопительный период равен 3. Т.е. использовать новые кондиционеры на 410 фреоне в качестве теплового насоса для отопления дома ровно в три раза выгодней, чем обычные электрообогреватели.

Особенности при использовании кондиционера в качестве обогревателя:

 

Выбор производительности и типоразмера внутренних и наружных блоков.

Выбор производительности внутренних блоков осуществляется в первую очередь исходя из требуемой мощности обогрева по каждому помещению. Требуемая мощность обогрева коттеджа зависит от многих факторов: района строительства, площади и термического сопротивления ограждающих конструкций, величины инфильтрации через окна и двери. Но в целом для отопления коттеджей средней полосы России требуется от 60 до 100 Вт на 1 м2 помещения. При проектировании мы должны учесть, что чем ниже температура наружного воздуха, тем больше нам требуется тепла для обогрева помещений. С другой стороны, чем ниже температура воздуха вокруг наружного блока – тем меньше эффективность теплового насоса. Поэтому расчет производительности системы нужно делать исходя из самых неблагоприятных условий – температуры наружного воздуха минус 20 С.

При минус 20 С производительность теплового насоса падает примерно до 60% от номинальных значений. Таким образом если наружный блок имеет номинальную производительность на тепло 25 кВт, 60% от этой величины составит 15 кВт тепла, что достаточно для отопления коттеджа площадью 150 – 200 м2. Для больших размеров коттеджей возможно применять несколько систем тепловых насосов либо VRF систему кондиционирования (до 1000 м2 обогреваемой площади с помощью одной системы).

Особенности воздушного режима помещения.

Рис. 3. Зависимость теплового коэффициента от температуры наружного воздуха.

При работе любого обогревателя, для равномерного перемешивания теплый воздух необходимо подавать в нижнюю зону помещения. Если этого не сделать, то может возникнуть большой перепад температур между полом и потолком. Поэтому необходимо либо внутренний блок размещать как можно ниже, либо подавать теплый воздух в нижнюю зону в области пола. В Японии уже давно принято использовать в качестве обогревателей именно воздушные тепловые насосы, поэтому классическое расположение внутреннего блока применяется именно как на рисунке 4.

Рис. 4. Вариант интерьера жилых помещений с установкой внутренних блоков канального типа под окнами.

Рис. 4. Вариант интерьера жилых помещений с установкой внутренних блоков канального типа под окнами.

 

Утилизация теплоты вытяжного воздуха.


Не нужно забывать про естественный источник теплого воздуха с температурой +20С – вытяжной воздух с санузлов и кухонь. Не использовать эту энергию просто преступление. Поэтому конструктивно необходимо направлять выброс вытяжного воздуха на наружный компрессорно конденсаторный блок. Расход воздуха наружного блока, конечно, значительно больше, чем расход рециркуляционного вытяжного воздуха, но, тем не менее, смесь наружного воздуха и вытяжного будет значительно теплее, чем просто наружный воздух зимой.

 

Для примера возьмем коттедж с кратностью 2. Значит на 1 м2 площади приходиться 6 м3/ч приточного воздуха и соответственно столько же вытяжного. Расчетная производительность системы отопления около 80 Вт/м2 помещений. Если посмотреть на характеристики наружных блоков, то на 1 кВт производительности по теплу приходиться 300 м3/ч производительности по воздуху вентилятора наружного блока. Приводя к 1 м2 помещений, получаем 38 м3/ч наружного воздуха. Для наружного блока важно, чтобы температура смеси была не ниже –20°С. Значит, минимальная температура наружного воздуха при организации обдува конденсаторов вытяжным воздухом составляет:


 Рис. 4. Вариант интерьера жилых помещений с установкой внутренних блоков канального типа под окнами.

Т.е. за счет подогрева вытяжным воздухом минимальная температура наружного воздуха может быть -27С.

Расчетные температуры наружного воздуха для разных городов России

 

Выше мы выяснили, что за счет утилизации теплоты вытяжного воздуха возможно  расширить температурный диапазон работы до –27 °С. Таким образом, климатические условия городов на юге России уже позволяют использовать кондиционеры Митсубиси не только для охлаждения помещений в теплый период, но и для их обогрева в холодный. Отсюда возникает первый вопрос – а для каких городов возможно использование системы воздушного отопления в качестве основного и единственного источника обогрева помещений? Давайте посмотрим на расчетные температуры наружного воздуха по параметрам Б для зимнего периода (см. таблицу).

 

Город

Параметры Б, °С 

(наиболее холодные 5 дней)

Параметры А, °С

(наиболее холодный месяц)

Москва

–26

–15

Санкт-Петербург

–26

–11

Пермь

–35

–21

Екатеринбург

–35

–20

Челябинск

–34

–21

Владивосток

–24

–16

Ростов-на-Дону

–22

–8

Краснодар

–19

–5

Новороссийск

–13

–2

Сочи

–3

+2

Симферополь

–16

–4

 

Таким образом, для средней полосы и юга России установка воздушных тепловых насосов с рекуперацией вытяжного воздуха возможна в качестве основной и единственной системы отопления дома. Для наружной температуры ниже -20С желательно иметь в запасе дополнительный источник тепла (например, камин), но большую часть отопительного периода все равно обеспечивается за счет теплового насоса с эффективностью в 3-4 раза большей, чем простой электрообогреватель.

Тепловой коэффициент воздушного теплового насоса меняется от 3,8 единиц при +10 С, до 2,4 единиц при -20 С. Чтобы понять, какой тепловой коэффициент будет средним за отопительный сезон, необходимо знать, какая температура наружного воздуха зимой является средней. Давайте обратим внимание на частоту определенной температуры наружного воздуха, например для г. Перми (рис. 5).

Рис. 5. Частота определенной температуры наружного воздуха для Перми.

 Рис. 5. Частота определенной температуры наружного воздуха для Перми.

 

Мы видим две линии: синяя – характеризует самый холодный год за последние 50 лет; фиолетовая – 2007 год. Выводы, которые мы можем сделать их этих графиков:

 

Показатели наружной температуры для Перми

Самый холодный за 50 лет

2007 год

Самые часто повторяющиеся температуры в течение отопительного периода

От 0 до +8 С

От 0 до +8 С

Средняя температура отопительного периода

-4,1 С

-1,5 С

Число суток с температурой наружного воздуха -20 С и ниже

21 суток

13 суток

Доля часов с температурой наружного воздуха -20 С и ниже (% от всего отопительного периода)

9%

5%

Средний тепловой коэффициент теплового насоса

2,9

3,1

 

Режим оттайки наружного блока и отвод конденсата.

 

При работе системы тепловых насосов наружный воздух охлаждается и из него выделяется конденсат, который благополучно намерзает на наружном блоке, снижая его производительность. Для удаления этого льда система применяет режим оттайки. Насколько снижается производительность наружного блока за счет режима оттайки? Это зависит главным образом от влагосодержания наружного воздуха. Особенностью влажного воздуха является снижение влагосодержания при снижении его температуры. Поэтому снижение производительности на тепло происходит в большей степени при температуре от +5 С до -10 С (максимум на 14%, рис. 6): А при расчетной температуре минус 20 С падение производительности составляет всего 2%, что не критично для выбора расчетной мощности системы.

Рис. 6. Коррекция мощности наружного блока по теплу на процесс стаивания инея.

Рис. 6. Коррекция мощности наружного блока по теплу на процесс стаивания инея.

 

Для удаления льда с наружного блока система кондиционирования включает режим оттайки, физический смысл которого сводится к кратковременному переключению кондиционера в режим охлаждения. Внутренние блоки при этом не работают, а компрессор подает фреон с температурой около 70 С на теплообменник наружного блока в течение 10 минут. Образовавшийся иней быстро тает и стекает с наружного блока. Но так как вокруг наружного блока отрицательная температура, то происходит снова замерзание конденсата под наружным блоком в виде огромных сосулек. Т.е. в случае использования системы кондиционирования в режиме тепла – нужно обязательно предусмотреть зимний комплект кондиционера, дооснащённый греющим кабелем для подогрева поддона наружного блока . Также желательно сделать организованное удаление конденсата от наружного блока по дренажным трубопроводам, которые должны быть обязательно подогреваемы и в теплоизоляции.

 

Выводы: использование новых инверторных систем кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries (Japan) в качестве тепловых насосов для отопления дома (а так же любых жилых зданий и гостиниц) вполне оправдано и экономично. Основные преимущества такого вида отопления следующие:

  1. Стоимость универсальной системы обогрева и охлаждения помещений ниже, чем отдельно система отопления и кондиционирования.
  2. За счет использования электронной системы регулирования производительности система кондиционирования точно поддерживает требуемую температуру в помещениях и быстро выходит на расчетный режим.
  3. Отопление дома с помощью теплового насоса очень экономично – даже для условий Москвы средняя температура отопительного периода -3 С, а система в среднем будет давать три – четыре кВт тепла на 1 кВт потребляемой энергии. Для юга России коэффициент энергоэффективности еще больше.
  4. Энергоноситель – фреон. Значит, при любых отключениях электричества систему разморозить невозможно.
  5. И самое главное – установив тепловой насос воздух — воздух на основе системы кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries, хозяин коттеджа получит не только эффективный обогрев зимой, но и полноценное поддержание комфортной температуры воздуха летом.

Недостатком систем отопления «воздух — воздух» на сегодняшний день является необходимость использования резервного источника тепла для наружной температуры -20С и ниже (например, камин). Но 90% времени обогрев коттеджа будет осуществляться именно от работы теплового насоса.

 

 

Автор: Брух Сергей Викторович.

Группа компаний  «МЭЛ» — оптовый поставщик систем кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries.

www.mhi-systems.ru       Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

www.mhi-systems.ru

назначение и принцип работы, схема устройства, преимущества и недостатки

Многофункциональные и экономичные системы обогрева постепенно вытесняют традиционные виды отопления. Наибольшей популярностью сегодня пользуется воздушный тепловой насос, так как он отличается своей доступностью и простотой. Устанавливают такое оборудование в частных домах, когда нужно обеспечить комфортную температуру в каждой комнате, сэкономив финансовые сбережения на оплате коммунальных услуг.

насосЭкономия одна из веских причин установки данного насоса

Описание и характеристика

Современные технологии позволяют добывать полезную энергию из различных источников окружающей среды: земли, воздуха, воды. Ещё полвека назад такое оборудование могло существовать только в теории. В конце 90-х мир увидели первые системы с тепловыми насосами, но их использование стоило неимоверно дорого. На сегодняшний день картина кардинально изменилась, так как многие производители на промышленном уровне занимаются изготовлением агрегатов, которые отличаются высоким уровнем эффективности. Такое оборудование особенно актуально в частных домах.

Многие считают, что в тех странах, где преобладает холодный климат, нужно устанавливать исключительно геотермальные насосы. В качестве основного источника низкопотенциальной теплоты используется грунт. Но скандинавские учёные смогли установить, что даже в холодной среде воздушно-тепловой насос (ВТН) отличается высоким уровнем КПД.

В этом видео вы узнаете, об экономном отоплении без газа тепловым насосом Mitsubishi Electric Zubadan:

Те отопительные системы, которые оснащены таким оборудованием, совершенно не нуждаются в больших материальных затратах. Объясняется такой эффект тем, что для стабильной работы насоса не нужно обустраивать подземный контур, из-за которого владельцам частных домов приходилось оплачивать инженерно-геологические работы. Помимо этого, больше не нужно тратить свободное время на посещение государственных инстанций и согласование работ с официальными органами.

Что касается энергетической эффективности, то наилучшим показателем обладает система, которая относится к типу «вода-вода». Но в этом случае должен быть доступ к водоёму или реке. И даже если такой источник есть возле дома, то все равно нужно помнить, что все водные ресурсы принадлежат государству, поэтому все свои действия придётся согласовывать с соответствующими органами.

Современные воздушные тепловые насосы для отопления дома отличаются невысокой ценой монтажа, а также они идеально подходят для обустройства низкотемпературных систем, к которым относится система «тёплый пол». Кроме того, такое оборудование может использоваться для охлаждения дома в жаркий сезон.

Благодаря тому, что наука не стоит на месте, крупные производители стараются от неё не отставать. В первую очередь это касается техники, которая призвана перерабатывать один вид энергии в другой. В продаже появилось много разнообразного оборудования, которое призвано преобразовывать полученное тепло в разные виды энергии.

Отопление кондиционером Воздушный тепловой насос, опыт:

Универсальные отопительные насосы относятся к инновационным приспособлениям, в которых принцип работы немного отличается от их аналогов. Под воздействием такого оборудования все добытое из природы тепло увеличивается в несколько раз, благодаря чему отапливаются дома, большие теплицы с культурами и даже подогревается вода.

Первичная энергия забирается не только из почвы, но и из воздуха, а также вод, поэтому в продаже представлены разные виды насосов. Несмотря на тот факт, что эти агрегаты отличаются сложным техническим исполнением, многие мастера предпочитают делать их самостоятельно. Конечно, сконструировать водный или земляной насос своими руками очень сложно, а вот воздушный агрегат, который ещё принято называть «воздух-вода», намного проще.

Функциональные возможности

Принцип работы таких отопительных приборов практически аналогичен холодильнику или кондиционеру. Главное отличие состоит в схеме преобразования энергий. Тепловой поток из окружающей среды концентрируется, постепенно нагревая воду в системе отопления частного дома.

насос_комнатаДаже в летний сезон такое оборудование можно использовать для охлаждения

Схематически работа насосов выглядит следующим образом:

  1. Основной низкотемпературный источник природной энергии (воздух) нагнетается специальным вентилятором и обдувает спираль, в которой находится уникальное вещество с чрезвычайно низкой температурой кипения — хладагент. Испаритель соединяется с конденсатором, за счёт чего они образуют специфическую замкнутую цепь.
  2. Когда хладагент нагревается от энергии воздуха, он закипает и уже в виде пара проникает в конденсатор по специальной спирали. Далее, имеющаяся основа снова принимает жидкое состояние, отдавая тепло заправленной воде через теплообменник.
  3. Фреон, который используется многими производителями в качестве хладагента, переходит в жидкое состояние и снова возвращается в испаритель. После всех этих этапов цикл преобразования всё начинается заново.

Вся та энергия, которая передаётся воде в отопительной системе через специальный теплообменник, может нагреть ранее заправленный теплоноситель до 65 °C. Именно поэтому использование стандартных батарей не является целесообразным. Улучшить ситуацию помогут более подходящие системы (к примеру, тёплые полы).

Специалистам нужно учесть, что фреон не может самостоятельно циркулировать в контуре. Для этих целей должен быть задействован подходящий компрессор, который может обеспечить круговое движение хладагента. Во время этой процедуры температура фреона существенно возрастает, поэтому в систему должен быть вмонтирован вентилятор, который будет обдувать спираль.

Правда о тепловых насосах:

Основные преимущества

Как и у любого другого оборудования, у воздушных тепловых насосов есть положительные характеристики. Среди множества преимуществ можно выделить несколько основных факторов:

  1. Компактность и простота. Для установки воздушных агрегатов вовсе не требуются большие строительные манипуляции. В большинстве случаев вполне хватает места на стене или же крыше здания. Что касается технического помещения, оно может отсутствовать либо занимать минимум свободного пространства. У мастера нет необходимости задействовать большие земельные участки для грунтовых зондов, что особенно ценно в тепловых насосах.
  2. Полная безопасность как для человека, так и для окружающей среды. Люди все чаще переходят на альтернативные источники энергии для отопления своего жилища. В то время как массовое загрязнение окружающей среды в мегаполисах носит угрожающих характер. Когда крупные теплоэлектростанции размещены за пределами города, то в процессе их работы теряется большой процент тепла (эта цифра может достигать 50%). Если же использовать электроэнергию, то потери при передаче получаются гораздо меньшими. Помимо этого, воздух не загрязняется опасными выбросами, благодаря чему улучшается общая экологическая картина.
  3. Финансовая экономия. В отличие от привычных газовых магистралей, воздушные тепловые насосы обходятся конечному потребителю гораздо дешевле. Конечно, плата за энергоресурсы зависит от страны, но в Европе люди уже давно перешли на такую систему отопления домов, так как это в десятки раз экономнее. Ведь стоимость природного газа и других нефтепродуктов растёт гораздо быстрее электроэнергии.
  4. Независимость от централизованных систем. В тех районах, где отсутствует газовая магистраль или подключение к ней стоит очень дорого, именно воздушный тепловой насос послужит отличным источником тепла для всего дома. Теперь можно будет не бояться превысить допустимый лимит на электроэнергию. Обычных 5 кВт вполне достаточно для полноценной работы системы и других хозяйственных нужд.
  5. Высокий уровень пожаробезопасности. В конструкции насоса полностью отсутствует процесс горения. Химические компоненты установки начинают выделять вредные вещества при температуре от +400 °C, когда в помещении.
  6. Автономный режим работы. Воздушное отопление тепловым насосом возможно даже на автоматическом уровне. В случае сбоя электропитания система самостоятельно перезапускается. Владелец может настроить полную автоматизацию процесса, благодаря чему управление отопительной установкой будет лёгким и простым, а сервисные работы — минимальными. Стоит отметить, что многие японские производители выпускают совершенно инновационные модели, которые прекрасно интегрируются в «умный дом».
  7. Быстрая и понятная установка. Монтаж всего необходимого оборудования занимает не больше одного дня. Реализовать эту идею можно на этапе отделки дома или в уже готовом здании. При реконструкции постройки можно доукомплектовать оборудование и подсоединить новый участок.
  8. В жаркое время года устройство может использоваться как мощный кондиционер, который будет поддерживать оптимальную температуру в каждой комнате.

Тепловые насосы. Инновационное отопление:

Как показывает практика, отопительные насосы настолько универсальны и просты, что они часто применяются для обогрева временных и арендованных помещений. Ведь для их установки вовсе не нужно получать разрешительную документацию у ответственных органов. Иными словами, каждый человек может приобрести себе такое оборудование и стать полностью независимым от централизованных сетей.

Правила выбора насоса

Покупка ВТН не является сложной процедурой, как может показаться. При выборе наиболее подходящей модели необходимо учитывать несколько основных характеристик:

  1. Площадь отопления.
  2. Тип обогрева.
  3. Фирму производителя.

Самым распространённым и востребованным считается вариант, когда воздушное отопление совмещают с электрическим котлом, благодаря чему можно полностью отказаться от дорогостоящего газа.

насос_комнатаСуществует несколько факторов при выборе насоса, например, кто производитель

Изготовление ВТН в домашних условиях

Опытные мастера отмечают, что собрать качественный насос для отопительной системы можно из подручных материалов своими руками. Чтобы готовое изделие полностью соответствовало всем поставленным требованиям, нужно придерживаться следующей схемы:

  1. Необходимо подготовить медную трубку толщиной 0.1 см, чтобы изготовить качественный и прочный змеевик. Изделие должно иметь цилиндрическую форму.
  2. Подготовленную заготовку нужно поместить в подходящий по размерам бак. Для удобства эксплуатации ёмкость лучше разрезать на две равные части. Теперь с верхним и нижним краем трубки змеевика необходимо соединить патрубок. Бак должен быть герметизирован. Благодаря таким несложным манипуляциям у мастера должен получится конденсатор.
  3. Пришло время установить компрессор. Конечно, изготовить такое устройство в домашних условиях просто невозможно, поэтому можно использовать тот агрегат, который был установлен на старом оборудовании (к примеру, сплит-система). Напорной патрубок компрессора должен быть соединён с выходным элементом змеевика. Для этих целей можно задействовать гибкую трубу.
  4. Аналогичным образом нужно изготовить и второй змеевик. Стоит отметить, что готовое изделие должно полностью соответствовать размерам полимерного бака.
  5. Готовый змеевик аккуратно устанавливают в ёмкость и оборудуют на нём два выпуска. Система нагнетания воздуха должна быть вмонтирована на задней стороне бака. Вся эта конструкция будет служить в качестве своеобразного теплообменного блока. Готовый испаритель устанавливается с наружной стороны на открытом воздухе.
  6. Пришло время соединить нижний патрубок конденсатора с испарителем. В эту трубу должен быть вмонтирован дроссель.
  7. На финальном этапе мастеру остаётся только подключить второй патрубок испарителя к компрессору.

Воздушный тепловой насос Хитачи в минус 25:

Если специалист чётко выполнит все перечисленные выше действия, у него получится отличная основа конструкции теплового насоса. Чтобы система заработала, необходимо подключить все детали к электросети и провести пусконаладочные работы.

kaminguru.com

Преимущества и недостатки +Видео и Фото

Дизайн насосаВоздушный тепловой насос для отопления дома в зимних условиях. Воздушный тепловой насос для отопления – это одно из самых популярных альтернатив газовому, твердотопливному и электрическим видам отопления. Первейший тепловой насос был создан в 1852 и был названым «преумножитель тепла». Следуя физическим законам, тепло могло передаваться от нагретого к не нагретому телу. Если есть большое количество энергии, то можно осуществить обратный процесс.

Чуть позже ученые открыли еще один принцип. Вещество при испарении поглощающее теплый воздух, а после того как станет конденсатом отдает. Благодаря этому закону физики работают наши холодильники и телевизоры. Тепловой насос работает так же только с обратным эффектом. Многие фирмы, изготавливающие кондиционеры используют это и продают покупателям кондиционеры способные как охладить, так и нагреть воздух в помещении.

Как работают воздушные тепловые насосы для отопления дома

  • Уличный воздушный насосАбсолютно любое тело, даже холодное имеет какое-то содержание тепловой энергии. Задача насоса всю тепловую энергию из зимнего воздуха передать в помещение.
  • В части, которая расположена на улице есть специальный змеевик с отпаривателем содержащий фреон. Фреон – это вещество имеющее свойство деформироваться в газ и обратно. При его испарении происходит поглощение тепла даже при минусе.
  • Газ из фреона проходит в компрессор, под высоким давлением преобразуется обратно в жидкое состояние.
  • Под воздействием давления фреон окончательно переходит в жидкое состояние, отдав всю тепловую энергию, получившую на улице.
  • Образуется возврат фреона обратно.

Мощность теплового насоса зависит от температуры на улице. Поэтому многие насосы можно использовать с дополнительными системами нагрева воздуха.

Преимущества

Как рекламируется, что самое главное преимущество в экономии. Эффективность теплового насоса зависит от следующих факторов:

  • Параметры нижних границ уменьшения тепла в естественных условиях
  • Минимум различий в температуре, в таком случае отдача тепла будет совсем малой
  • Степень потребления и отдачи теплоэнергии

Правильность применения насоса зависит от факторов

  1. Воздушное отопление - насосВ регионах с холодными зимами тепловой насос не покажет хороших результатов. Он просто не сможет отобрать достаточно тепла для того, чтобы обогреть комнату.
  2. При увеличении объема пространства растут и запросы насоса. Увеличиваются теплообменники, количество зондов и т. д. В определенный момент содержание воздушного, теплового насоса станет просто невыгодным. Гораздо дешевле выйдет другая отопительная система
  3. Чем сложнее устройство, тем выше будет цена на ее ремонт. Это дополнительный минус в случае увеличения площади отапливаемого пространства.

ВНИМАНИЕ! В общем использовать тепловой насос в качестве основного отопительного средства будет правильным лишь в редких случаях. Поэтому рекомендуется подходить к этому вопросу комплексно.

Основные характеристики

В общем, логичность установки теплового насоса для обогрева оценивается по стоимости, в которую входят:

  1. Цена покупки самого насоса,
  2. Затраты для монтирования, ведь могут понадобиться дополнительные земельные работы.
  3. Стоимость регулярного обслуживания.
  4. Стоимость на ремонт и устранение неполадок.

Выбор насоса по мощности зависит от потребности

Можно рассчитать по формуле:

  • Самая высокая температура воздуха зимой,
  • Разница между температурой воздуха на улице высчитывается с разницей в помещении,
  • Рассчитывают тепловые потери стен.

Полученный результат и станет необходимой, минимальной мощностью для вашего дома.

Второй расчет – выбор нужного объема для накопительного котла. Эту часть отопительной системы рекомендуют монтировать так, чтобы насос мог работать ограниченное число циклов. В дополнительных документах к тепловому насосу есть советы для объема аккумулятора определенного количества показателей циклов. Общая цифра равна 30 литрам на 1 киловатт за три запускания, 20 литров при пяти. Получится что, для жилого дома минимальный объем накопительного бака 400 литров теплового насоса в одни сутки.

Заключение

Если после анализирования климатических условий, почвы и тщательных расчетов вы все таки решили купить воздушный тепловой насос для отопления зимой, то лучше доверить эту работу команде профессиональных специалистов. Ведь правильный выбор оборудования зависит не только от мощности оборудования.

Мастера рассчитают отдачу тепла почвы, подберут специальную высокоэффективную схему и сделают отличный вариант проведения работ. Поэтому у вас не возникнет никаких трудностей, и вы не будете жалеть о правильности своего выбора.

domsdelat.ru

воздушные тепловые насосы для отопления

Первым отопительным устройством для человека служило солнце. Жаль только, что эффективно оно обогревало только в теплое время года и только днём. Но тепло солнца никуда не девалось: оно поглощалось окружающими телами: землей, водой, камнями, воздухом. Это накопленное тепло можно было тоже использовать для обогрева, пока тела остывали и отдавали тепло. Но человек стремился иметь независимый от времени года и времени суток источник тепла, и он нашел его: это огонь. Долгое время он служил нам верой и правдой, хотя и имел много недостатков. До сих пор большинство систем отопления основаны на сжигании того или иного вида топлива, в основном углеводородного: газа, солярки, мазута … Но осознавая, что запасы его конечны мы опять обращаем взор в сторону природы и ищем там возобновляемые источники энергии для отопления. Это очередной виток спирали, но на более высоком уровне: так учит нас философия. Энергия солнца разбросана везде, но в низкопотенциальной (низкотемпературной) форме. Благодаря развитию науки и технологиям мы имеем возможность с помощью ряда устройств, это тепло извлечь и преобразовать в удобную для использования высокопотенциальную (высокотемпературную) форму. Одним из таких устройств является Тепловой Насос.

Тепловой насос — это агрегат, который поглощает низкопотенциальную теплоту из окружающей среды и передает ее в систему теплоснабжения в виде нагретой воды или воздуха. Передача тепла производится хладагентом (фреоном). Электроэнергия, потребляемая тепловым насосом, тратится лишь на перемещение фреона по замкнутому контуру, состоящему из медных трубок различного сечения, с помощью компрессора, как это происходит в холодильных машинах. В холодное время года система передает тепло из окружающей среды в дом, работая либо как котел при отоплении (нагревает воду для радиаторов и теплых полов), либо напрямую нагревая воздух в помещении (воздушное отопление). В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии можно использовать тепло естественного происхождения (наружный воздух; грунт на глубине ниже границы промерзания, тепло грунтовых, артезианских и термальных вод; воды рек, озер, морей и других незамерзающих природных водоемов). Тепловые насосы имеют автоматическую интеллектуальную систему управления, которая поддерживает заданный режим работы теплового насоса.

Таким образом, тепловой насос не создает тепловую энергию, как например газовый котел, а перекачивает ее из окружающей среды в помещение для отопления и нагрева санитарной воды или воздуха. Такой процесс идет только с подводом внешней энергии (как правило, электричества) к тепловому насосу. Эффективность процесса переноса тепла оценивается коэффициентом преобразования СОР (coefficient of performance), который получается, если полученное помещением тепло разделить на затраченную электроэнергию (тепло и электричество измеряется в кВт). СОР является безразмерной величиной. В соответствии со стандартами все показатели тепловых насосов измеряются при стандартных условиях: что для систем воздух-вода соответствует внутренней температуре +20ºС, наружной температуре +7 ºС, длине фреонопровода 5м, а для систем типа воздух-вода — температуре возврата и подачи воды +40⁰C и +45⁰C соответственно. Энергетическая эффективность тепловых насосов зависит от температуры низкопотенциального источника и будет тем выше, чем более высокую температуру источник будет иметь, т.е. чем меньше разница между внутренней заданной температурой в доме(+20..+25⁰С) и температурой источника(наружного воздуха, грунта, воды).

Тепловые насосы с воздушным источником сходны по своему функциональному принципу с геотермальными тепловыми насосами, с той лишь разницей, что вместо грунта (где температуру можно считать условно постоянной и плюсовой), теплота извлекается из наружного воздуха. Тепловые насосы с воздушным источником подразделяются на системы типа воздух-воздух и воздух-вода, в зависимости от того, какая среда используется для распространения тепла в здании – воздух или вода.

Основным преимуществом воздушных тепловых насосов перед геотермальными является значительно более низкая стоимость установки. Для геотермального теплового насоса необходима прокладка подземных теплообменных элементов (как правили пластиковые трубы), используемых для извлечения теплоты из почвы. Для сравнения, воздушные тепловые насосы используют непосредственно наружный воздух, из которого можно извлечь теплоту и при -30⁰С. Про дополнительные проблемы, связанные с грунтовыми тепловыми насосами (кроме дороговизны), связанные, например, с вымерзанием участка земли мы здесь говорить не будем.

Рассмотрим типы воздушных тепловых насосов.

Тепловые насосы типа воздух-воздух предназначены для прямого нагрева воздуха внутри помещения. Теплота извлекается из окружающего воздуха посредством испарительного блока наружного размещения и направляется в помещение, где внутренний воздух нагревается при помощи внутреннего теплообменника (конденсатора системы). Для нагрева отдельных зон, возможно применение нескольких внутренних блоков или нескольких агрегатов. Если стоит необходимость отопления нескольких помещений или сравнительно большого внутреннего объема, используются различные системы подачи и распределения воздуха.Тепловой насос(ТН) типа воздух-воздух может работать как Универсальная Климатическая Система, поддерживающая комфортную температуру в доме круглый год. В холодное время года ТН обеспечивает отопление, а в жаркое время работает как кондиционер, изменив циркуляцию фреона на обратную (испаритель и конденсатор меняются местами). Кроме того, практически любая модель воздух-воздух имеет встроенные функции очистки воздуха от пыли, запахов и различных микроорганизмов. Для этих целей пришлось бы покупать отдельное устройство, когда используются традиционные системы отопления. А это дополнительные затраты.

Тепловой насос типа воздух-вода использует воду как теплопоглотительную среду, передавая ей температуру разогретого фреона.  Нагретая вода предназначена для отопления помещений с помощью радиаторов, теплых полов или подготовки бытовой горячей воды. Температура такой воды должна быть от +40⁰С и выше. Современные тепловые насосы воздух-вода подогревают воду от +40⁰С до +65⁰С.

Преимущество теплового насоса типа воздух-воздух над системами типа воздух-вода заключается в более низкой температуре стока (температуре воздуха, проходимого через теплообменник конденсатора), а это +20..+25⁰С, что обеспечивает повышенное значение коэффициента производительности COP и более высокий уровень теплоотдачи (у систем воздух-вода температура стока от +40⁰С до +65⁰С). Напомним, что значения коэффициента производительности COP увеличиваются при уменьшении разницы между температурой источника и стока. Но системы воздух-воздух не могут обеспечить дом горячей водой.

Кажущийся потенциальный недостаток использования воздуха в качестве источника тепла — коэффициент производительности COP теплового насоса. В течение отопительного сезона, температура наружного воздуха меняется в широких пределах (а вместе с ним и COP от 2-х до 5-ти) и зачастую ниже температуры грунта, на глубине извлечения теплоты геотермальным тепловым насосом, что и является причиной снижения коэффициента COP. Для воздушного теплового насоса обоих типов, стандарт предписывает – как тестовое условие – температуру наружного воздуха (температуру источника), равную +7⁰C. При температурах наружного воздуха ниже указанной, значение COP будет снижаться, как и теплопроизводительность теплового насоса. Имеет смысл говорить о средней за отопительный сезон величине COP, которая получается, как отношение полученной за сезон тепловой энергии к затраченной электрической. Опытным путем установлено, что в пределах Московской области и близлежащих регионов сезонный коэффициент производительности SCOP составляет около 3-х. Это значит, что воздушный тепловой насос со значением сезонного коэффициента производительности SCOP= 3 обеспечивает в 3 раза больше тепловой энергии, по сравнению с потребленной электроэнергией. То же значение получается, если проанализировать почасовую длительность стояния различных температур в нашем регионе и вывести средний COP путем несложных подсчетов. Разница по ежемесячным платежам за электричество при сравнимых мощностях воздушного и геотермального(грунтового) теплового насоса – будет минимальной, т.к. при температурах воздуха выше «постоянной» температуры грунта (это происходит в межсезонье- тоже часть отопительного периода), воздушный тепловой насос выигрывает у грунтового, компенсируя проигрыш при отрицательных температурах воздуха.

Другим фактором, влияющим на значение коэффициента COP теплового насоса, является температура стока — температура подогреваемого воздуха или циркулирующей воды внутри здания. Для теплового насоса типа воздух-вода, при температурах нагрева воды более высоких, чем стандартные условия измерения (температуры подачи воды +45⁰C,  возврата воды +40⁰C) – значения COP, а также теплопроизводительность системы, будут падать. Это означает, что тепловые насосы воздух-вода, будучи потенциально пригодными в качестве низкотемпературных систем обогрева, таких как отопление теплыми полами, обладают более низкими значениями COP при их использовании с традиционными жидкостными системами отопления с температурами циркуляции +60⁰C и выше. Повышенные значения температуры воды на выходе приводят к пониженному коэффициенту COP теплового насоса. Если же мы хотим сохранить высокий COP придется использовать в радиаторах более низкую температуру подачи воды, а это потребует большей поверхности батарей (по оценкам – в 3 раза ).

Преимущества Воздушных Тепловых Насосов.

1. Высокая экологичность, связанная с возможностью использования альтернативного источника энергии для отопления. Загрязнение воздушной среды мегаполисов носит угрожающий характер. Размещение крупных ТЭЦ за пределами города ведет к потерям тепла (до половины тепла в теплосетях теряется при передаче). Потери электроэнергии при передаче значительно меньше, а отсутствие вредных выбросов в месте расположения теплового насоса может сделать воздух крупных городов пригодным для дыхания. В курортных местностях (в том числе дачах, деревнях, коттеджных поселках) вообще нет альтернативы системам отопления, не выбрасывающих в атмосферу вредных веществ.

2. В местности, где отсутствует газовая магистраль, или подключение к ней носит грабительский характер, воздушный тепловой насос послужит идеальным поставщиком тепла для отопления. Самое главное, в этом случае не страшен ЛИМИТ НА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ. Имеющейся электрической мощности (как правило 5 кВт), с лихвой хватит и на отопление тепловым насосом и на остальные хозяйственные нужды, ведь, например, 2-х кВт электричества хватит чтобы получит около 6-ти кВт тепла. И экология в порядке: никаких выбросов от сгоревшего топлива!

 3.Компактность: воздушные тепловые насосы не требуют значительного объема строительных работ. Места на стенах или кровле здания в большинстве случаев достаточно для их размещения. А техническое помещения для отопительного оборудования либо отсутствует (для систем воздух-воздух), либо занимает минимум пространства(воздух-вода). Отсутствие необходимости использования больших земельных участков для грунтовых зондов дает решающее преимущество перед грунтовыми тепловыми насосами.

4. Низкие эксплуатационные расходы, сравнимые с магистральным газом. Конечно, плата за энергоресурсы целиком зависит от страны размещения, но в Европейских странах выгоднее отапливаться тепловыми насосами, чем любым углеводородным топливом. В отдаленном будущем такая же картина будет и в нашей стране. Уже сейчас видно что стоимость газа и нефтепродуктов растет намного быстрее стоимости электроэнергии.

5. Полная АВТОНОМНОСТЬ. Тепловой насос работает в режиме поддержания заданных параметров, самостоятельно перезапускается в случае сбоя электропитания. Возможность полной автоматизации, легкое и простое управление отопительной установкой, минимум сервисных работ. Тепловые насосы от ведущих японских производителей (Mitsubishi, General-Fujitsu, Toshiba, Panasonic …) сконструированы так, что идеально интегрируются в «умный дом», если такая идея, не дай бог, придёт вам в голову (шутка).

6. В жаркое время года воздушный тепловой насос может работать как полноценный кондиционер, являясь, таким образом Универсальной Климатический Системой.

6. Пожаробезопасность. Отсутствие в конструкции тепловых насосов процесса горения, вредных и взрывоопасных веществ, устойчивость против террористических актов. Химические компоненты оборудования начинают выделять вредные для человека вещества при температурах выше 400⁰С, когда людей в помещениях с таким оборудованием уже быть не может.

7. Установка оборудования занимает, как правило, не более одного дня. Монтаж тепловых насосов может производиться как на этапе отделки здания, так и в уже готовые помещения. Возможен вариант комплектации оборудования и пуска его в эксплуатацию участками, что особенно важно при реконструкции зданий.

Легкость и быстрота монтажа позволяет использовать воздушные тепловые насосы для отопления временных или АРЕНДОВАННЫХ помещений. Для установки теплового насоса не требуется получать разрешения ни у каких-либо ведомств, ни у гражданских властей, ни у пожарного ведомства. Не надо идти на поклон к коммунальщикам для подключения к теплоцентрали. То есть вы можете организовать АВТОНОМНОЕ ОТОПЛЕНИЕ БЕЗ каких-либо СОГЛАСОВАНИЙ и СБЕРЕЧЬ себе и ДЕНЬГИ, и НЕРВЫ!  Это Ваша Энергетическая Независимость!

 

Заказать бесплатный звонок специалиста

bivalent.ru

принцип работы, конструкция, КПД, особенности, виды

Принцип работы воздушного теплового насоса не так сложен, как кажется. По сути, это тот же холодильник или кондиционер. Тепловой насос потому так и называется, что он не нагревает, а перекачивает тепло.

Из такого оборудования самым доступным является воздушный тепловой насос, принцип действия и особенности которого мы рассмотри в этой статье.

Почему воздушный?

Название этого типа тепловых насосов означает что они получают тепло из окружающей среды – воздуха. Есть два подвида – воздух-воздух и воздух-вода. Первые нагревают воздух внутри помещения, вторые – воду, которую можно использовать для систем отопления дома и горячего водоснабжения (ГВС).

Принцип работы воздушного теплового насоса такой же, как у обычного кондиционера. Разница в мощности компрессора. Большая производительность позволяет увеличить КПД теплового насоса, дает возможность работать при более низких температурах.

Принцип действия

Многих смущает тот факт, что продуктивность работы тепловых насосов выше 100%. Казалось бы, это противоречит закону сохранения энергии, но на деле это не так. Тепловой насос оттого так и называется, что он не производит тепло, а «перекачивает» его. В данном случае он охлаждает воздух снаружи помещения и нагревает воду или воздух внутри дома.

Воздушный тепловой насос принцип действияТак упрощенно можно упрощенно представить тепловой насос принцип действия теплового насоса воздух-воздух

Полный цикл переноса тепла выглядит следующим образом:

  1. Теплоноситель (фреон) с низкой температурой сжимается в компрессоре, при этом происходит его нагрев.
  2. Теплоноситель отдает тепло через теплообменник в воздух или воду.
  3. Охлажденный теплоноситель попадает в испаритель, где его давление снижается до нормального и он охлаждается до минимальной температуры.
  4. Теплоноситель нагревается от наружного воздуха.
  5. Цикл повторяется снова.

Для наглядности вы можете посмотреть видео, в котором в упрощенном виде показан воздушный тепловой насос (принцип действия – «воздух-вода»).

 

По сути, водяной, геотермальный и воздушный тепловой насос имеют одинаковыйпринцип действия . Разница в том, что для отбора тепла нужны разные устройства и механизмы. Так как доступ к воздуху получить проще всего, то цена монтажа воздушного теплового насоса невелика, как и самого оборудования.

Конструкция

Воздушный тепловой насос с принципом действия «воздух-воздух» состоит из наружного блока и внутреннего. Внешне они похожи на блоки обычного кондиционера, да и принцип работы схожий. Разница лишь в том, что воздушный ТН имеет большую производительность и способен эффективно работать при более низких температурах.

Тепловой насос «воздух-вода» включает в себя бак-накопитель с теплообменником, в котором теплоноситель отдает термическую энергию воде. Бывают баки с несколькими контурами, чтобы обеспечивать раздельную подачу воды для разных систем (отопления радиаторами, теплого пола, горячей воды и т.д.).

Основные элементы воздушного теплового насоса:

Последние публикации:

Внешний вид наружного блока воздушного теплового насоса MitsubishiНаружные блоки воздушных тепловых насосов мало отличаются от внешних блоков кондиционеров.

Эффективность воздушного теплового насоса (КПД, COP)

Традиционно производительность тепловых насосов измеряется в COP (Coefficient of Performance). Одна единица COP соответствует 100% КПД. То есть, если оборудование имеет COP 2,5, то его КПД равно 250%. Это значит, что на 1 кВт потребленной электроэнергии он выдает 250 кВт тепла.

Производительность зависит от мощности компрессора и температуры наружного воздуха. Чем он холоднее, тем меньше тепла из него можно получить. Поэтому эффективность колеблется в большом диапазоне. Некоторые модели имеют максимальный показатель COP 5 и выше, но такой производительности можно достичь только в теплое время года.

Стоимость теплового насоса напрямую связана с его продуктивностью. Чем дешевле модель, тем ниже ее КПД и выше минимальная рабочая температура. Есть дорогие варианты, которые способны работать и при -30, а самые дешевые не работают при температуре окружающего воздуха ниже 0 градусов.

Надеемся, что смогли коротко рассказать о принципе действия воздушного теплового насоса. Свои вопросы вы можете задать в комментариях — мы ответим на них в ближайшее время. Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

vteple.xyz

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *