Что такое воздушный тепловой насос – устройство и возможности

Экономичные системы обогрева дома вытесняют традиционные виды отопления с использованием газа, твердого топлива и электричества. Воздушный тепловой насос – это одно из наиболее популярных альтернативных решений.

Среди преимуществ, можно отметить низкую, по сравнению с геотермальными установками, стоимость, возможность использования при создании новых систем отопления и реконструкции старых. Тепловой насос особенно востребован в системах «пассивный дом» – жилых помещений, сконструированных по принципу минимальных затрат тепла и внедрения энергосберегающих технологий.

Что такое воздушный теплонасос

Простейший тепловой насос был спроектирован еще в 1852 году и получил название «умножитель тепла». Лорд Кельвин открыл основополагающие принципы действия, которые легли в основу всего современного отопительного оборудования.

Согласно законам физики, тепло передается от нагретого тела к тому, что имеет меньшую температуру. Но, возможен обратный процесс, при условии использования для этого дополнительной энергии.

Немного позже был открыт принцип обратного цикла Карно. Вещество, при испарении, поглощает тепло, а после конденсации на поверхности, отдает его. Именно этот закон лежит в основе холодильников и кондиционеров. Низкотемпературный воздушный теплонасос работает как эти бытовые приборы, только в «обратную сторону».

Некоторые производители кондиционеров используют этот принцип, предлагая потребителю кондиционеры, способные работать на обогрев помещения. Но системы кондиционирования имеют низкий КПД при отрицательных температурах, так как основным предназначением техники является охлаждение, а не нагрев.

Низкотемпературные воздушные тепловые насосы для отопления дома, работают, используя этот физический закон. Как отопление осуществляется на практике?

• • Любое, даже охлажденное тело, имеет высоко или низко потенциальную энергию. Даже при отрицательной температуре, в воздухе содержится определенное количество тепла. При -15°С, теплее, чем при -25°С. При -5°С, еще больше тепла находится в воздухе. Принцип работы воздушного теплового насоса позволяет извлечь то небольшое количество тепловой энергии, которое остается в зимнее время года и передать его в помещение.

• • В наружном блоке, установленном на улице, расположен змеевик с испарителем. Внутри контура циркулирует фреон – жидкость, которая свободно переходит в газообразное состояние и обратно. Фреон испаряют, при этом поглощается то тепло, которое остается даже при отрицательных температурах.

• • Газ поступает в компрессор. В компрессоре создается высокое давление и условия для преобразования фреона обратно в жидкость.

• • Под давлением, фреон разогревается и поступает в конденсатор. В блоке газ окончательно становится жидкостью, отдав при этом все тепло, которое получил во внешнем блоке, установленном на улице.

• Фреон, по замкнутому контуру, обратно возвращается в испаритель.

Существует зависимость тепловой мощности воздушно-водяного теплового насоса от температуры наружного воздуха. По этой причине, производители предусматривают подключение к тепловому насосу дополнительного отопительного оборудования, которое компенсирует недостатки тепловой энергии при падении наружной температуры ниже -15°С. Работа в условиях холода продолжается, хотя и с меньшей эффективностью.

Тепловые воздушно-водяные насосы

Бытовые системы теплоснабжения и ГВС, на базе воздушных теплонасосов, очень эффективны для применения в умеренных широтах РФ. Средний СОР (коэффициент преобразования) 3. Получается, что на каждый потраченный 1кВт, приходится 3 кВт продуцируемой тепловой энергии.

Принцип работы такой же, как и в насосах других модификаций, но с определенными отличиями:

• • Конденсатор располагают внутри бойлера накопителя, соединенного с системой отопления и ГВС.

• • Тепло, выделяемое при конденсации фреона, используется для косвенного нагрева теплоносителя.

• С помощью циркуляционного насоса, нагретый теплоноситель поступает в систему ГВС и отопление.

Интенсивность нагрева теплоносителя варьируется от +30°С до +60°С. При температуре ниже -15°С, включается комбинированное теплоснабжение с воздушным теплонасосом, что незаменимо в условиях холодного климата. Недостаток тепла компенсирует любой котел (электричество, газ, дрова).

Теплонасосы воздушного отопления

Теплонасосы воздушного отопления используются для обогрева отдельных помещений. Принцип работы во многом напоминает тот, что использует тепловентилятор, только функцию греющей спирали играет конденсатор.

Корпус внутреннего блока теплонасоса похож на кондиционер и также может работать на воздушное отопление и охлаждение.

Потребителю предлагаются различные решения вопроса обогрева:

1. 1. Установка отдельных независимых обогревателей.

1. Монтаж нескольких теплонасосов, объединенных в единую сеть.

Теплонасосы, отапливающие помещение посредством теплого воздуха, имеют следующие преимущества:

• • Максимальный КПД – отсутствие необходимости в предварительном нагреве теплоносителя приводит к более экономичному расходу электроэнергии. Воздух нагревается всего до температуры 20-40°С, а это в свою очередь обеспечивает больший коэффициент СОР, равный 4.

• • Быстрый прогрев здания – теплый воздух начинает поступать в помещение через несколько секунд после включения.

• Универсальность – оборудование можно использовать летом как кондиционер. В базовой комплектации предусмотрена функция охлаждения помещения.

При достижении критичной для работы отрицательной температуры, происходит автоматическое включение резервного источника тепла при использовании воздушного ТН. Таким образом, удается компенсировать недостаток тепловой энергии.

В чем отличие кондиционера и воздушного ТН

Действительно, теплоснабжение помещений воздушными тепловыми насосами в условиях холодного климата во многом напоминает обогрев с помощью обычных кондиционеров. Используются внутренние и внешние блоки, схожего строения. Даже во внутреннем устройстве много похожего. Разница заключается в том, что воздушные ТН внутреннего размещения более эффективны при нагреве, чем при охлаждении, а кондиционеры, наоборот.

Почувствовать отличие можно, сравнив некоторые характеристики оборудования. Кондиционер перестает работать на обогрев уже при температуре около -5°С. Рабочий режим тепловых насосов от -25°С до +45°С.

Так как существует тенденция к совершенствованию воздушных теплонасосов для «пассивных» домов, скоро, для широкого круга потребителя станут доступны модели оборудования, способные сохранять работоспособность при падении температуры до -32°С.

Отличие воздушного ТН от кондиционера заключается в разных технических характеристиках, хотя между ними много похожего.

Как подобрать воздушный теплонасос

Выбор воздушного ТН не настолько сложен, как может показаться с первого взгляда. При подборе подходящей модели, следует ориентироваться на следующие параметры:

Дополнительно определяют, какой вид котла будет использоваться в качестве резервного источника тепла. Как показывает практика, наиболее популярным остается воздушное отопление с подключением электрического котла, что позволяет полностью обойтись без газа.

Какой марки выбрать теплонасос воздушного типа

Если проанализировать отзывы о воздушных тепловых насосах, достаточно легко определить производителей оборудования, пользующихся наибольшим спросом у отечественного потребителя:

• • Stiebel Eltron – немецкая компания, начавшая свой путь с изобретения кипятильника. Со временем, ассортимент продукции постоянно расширялся. На сегодняшний день, Stiebel Eltron является лидером в производстве водонагревательной и отопительной техники. Компания предлагает два вида тепловых насосов: геотермальные и воздушные, работающие на нагрев теплоносителя и воздуха.

• • Viessmann – еще один немецкий производитель, имеющий более 30 летний опыт в производстве воздушных насосов. Наибольшей похвалы заслуживают станции Viessmann, подключающиеся к водяному контуру отопления. В качестве достоинств – наличие погодозависимых датчиков управления и множество дополнительных функций, доступных в базовой комплектации.

• • Mitsubishi – японская корпорация, впервые использовавшая технологию Zubadan. Решение позволило увеличить СОР (являющийся самым высоким среди аналогичного оборудования) и расширить сферы применения. Компания Mitsubishi одна из первых предложила потребителю кондиционеры, работающие на нагрев и воздушные тепловые насосы. Постоянно внедряются новые технологии увеличивающие сферу применения продукции.

• Vaillant – компания разработала целую серию экономичного оборудования geoTHERM. В ассортименте представлено оборудование, извлекающее тепло из земли, воды, воздуха и солнечных лучей. Продукция Vaillant максимально адаптирована для использования в условиях РФ.

Стоимость воздушного ТН с установкой

Дороже всего стоят тепловые насосы, обогревающие помещение посредством теплоносителя. Оборудование обойдется приблизительно от 80 тыс. руб. (производительность 4,5 кВт), до 800 тыс. руб. (18.5 кВт). Тепловые насосы воздушного обогрева, обойдутся от 50 тыс. руб. (на 4 кВт) до 120 тыс. руб. (на 8 кВт). А для того, чтобы посчитать сколько стоит воздушный тепловой насос Thermia Atec вы можете обратиться к менеджерам перейдя по ссылке.

Стоимость монтажа воздушного ТН рассчитывается индивидуально, исходя из технических параметров помещения и других факторов.

Срок службы оборудования составляет не менее 20 лет. Установленное оборудование самоокупается уже через 3-5 отопительных сезонов, в зависимости от интенсивности эксплуатации.

Плюсы и минусы использования воздушных теплонасосов

Буквально 5 лет назад, отечественный потребитель практически не имел опыта отопления зданий зимой с помощью воздушных тепловых насосов. Приходилось довольствоваться высказываниями и исключительно положительными комментариями, расположенными на сайтах различных производителей техники, что не давало ясное представление о возможностях оборудования. С тех пор появился определенный опыт использования, позволивший выявить не только преимущества, но и недостатки воздушных ТН.

Преимущества

• • Преимущества эксплуатации воздушно-водяных тепловых насосов – главным достоинством является полная независимость от газового отопления. В некоторых регионах РФ, только подведение трубопровода к дому, обходится дороже, чем покупка и монтаж теплового насоса. Не требуются разрешения на ввод в эксплуатацию.

• • Системы предназначены для установки в условиях «пассивного дома». Следовательно, изначально сконструированы для экономного отопления дома и нагрева горячей воды. На 1 кВт потраченной электроэнергии, выработка тепла составляет 3-5 кВт. Простой расчет затрат при применении теплового насоса покажет, что в течение 3-5 лет достигается полная окупаемость оборудования.

• Работа насоса не влияет негативно на здоровье человека. Для обеспечения гигиенических условий, в системах, использующих принцип нагрева воздуха, достаточно время от времени чистить фильтры.

Недостатки

• • Высокая стоимость оборудования – система, с мощностью, достаточной для обогрева жилого дома, обойдется в 800-1200 тыс. руб., что является неподъемной суммой для большинства покупателей.

• Зависимость от температуры окружающей среды. Особенности автономного отопления дома воздушным тепловым насосом напрямую связаны с общим объемом получаемой тепловой энергии. Чем ниже температура на улице, тем хуже работает насос. Начиная с -15°С, придется подключать резервный источник тепла.
  Если учесть, что на большинстве территорий РФ средний температурный режим выше, то становится понятным целесообразность данной установки. Оптимальные климатические зоны для использования воздушных отопительных тепловых насосов – это части России с умеренным климатом и средней температурой в зимний период не менее -15°С.

Если сравнивать воздушные ТН и газовое отопление, особенно с учетом того, что последние модели насосного оборудования способны сохранять работоспособность при -32°С, становится очевидным преимущество первых. Теплонасосы экономичны, не нуждаются в разрешении на эксплуатацию, монтируются в течение 1 дня и имеют более высокий КПД, чем газовое оборудование.

В последнее время, производители несколько снизили стоимость тепловых установок, что позволило еще большему количеству покупателей оценить достоинство станций. Если тенденция будет продолжаться, можно ожидать увеличенного спроса на теплонасосы.

Рассматриваем тепловой насос воздух-воздух – все за и против

Воздушное конвективное отопление пользуется популярностью, благодаря скорости обогрева помещений и высокой теплоэффективности. Единственный минус, ограничивающий популярность данной схемы – большие затраты на электричество. Тепловой насос воздух-воздух полностью нивелировал этот недостаток. Потребитель сможет оценить экономичность теплонасоса воздушного типа, снижающего расходы на электроэнергию в 3-5 раз.

Как работает тепловой насос системы воздух-воздух

Общий принцип работы ТН во многом напоминает тот, что используется в кондиционере, в режиме «обогрев помещения», с единственным отличием. Теплонасос «заточен» на отопление, а кондиционер на охлаждение комнат. Во время работы используется низкопотенциальная энергия воздуха. В результате расход электроэнергии сократился более чем в 3 раза.

Принцип действия тепловой насосной установки воздух-воздух, если не вдаваться в технические подробности, следующий:

Воздух, даже при отрицательной температуре, сохраняет определенное количество тепловой энергии. Это происходит до тех пор, пока температурные показатели не достигнут абсолютного нуля. Большинство моделей ТН способны извлекать тепло при достижении температуры -15°С. Несколько известных производителей выпустило станции, сохраняющие работоспособность при -25°С и даже -32°С.

Забор низкопотенциального тепла происходит благодаря испарению фреона, циркулирующего по внутреннему контуру ТН. Для этого используется испаритель – блок, в котором создаются оптимальные условия для преобразования хладагента из жидкого в газообразное состояние. При этом, согласно физическим законам, поглощается большое количество тепла.

Следующим блоком, расположенным в системе теплоснабжения воздух-воздух, является компрессор. Именно сюда подается хладагент в газообразном состоянии. В камере нагнетается давление, что приводит к резкому и существенному нагреву фреона. Через форсунку, хладагент впрыскивается в конденсатор. Компрессор для теплового насоса имеет спиралевидное исполнение, что облегчает запуск при низких температурах.

Во внутреннем блоке, располагающемся непосредственно в помещении, находится конденсатор, выполняющий одновременно функцию теплообменника. Газообразный разогретый фреон, целенаправленно конденсируется на стенках модуля, отдавая при этом тепловую энергию. ТН распределяет полученное тепло, подобным к сплит-системе образом.
Допускается канальное распределение нагретого воздуха. Особенно практично такое решение при нагреве больших многоквартирных зданий, складских и промышленных помещений.

Принцип работы теплового насоса воздух-воздух и его эффективность напрямую связаны с температурой окружающей среды. Чем холоднее «за окном», тем ниже производительность станции. Работа теплового насоса воздух-воздух при температуре минус -25°С (в большинстве моделей) полностью прекращается. Чтобы компенсировать недостаток тепла, устанавливают резервный котел. Оптимально одновременное использование электрического тэна.

Тепловые насосы воздух-воздух состоят из двух блоков наружного и внутреннего размещения. Конструкция во многом напоминает сплит-систему и устанавливается подобным образом. Внутренний блок монтируется на стену или потолок. Настройки выставляются с помощью дистанционного управления.

Чем отличается ТН воздух-воздух от кондиционера

ТН воздух-воздух работает как кондиционер, но имеет существенные отличия, заключающиеся в особенностях конструкции и производительности. Хотя существует внешнее сходство, на самом деле, отличия, если обратить внимание на технически характеристики, существенны:

Производительность – тепловой насос воздух-воздух для отопления дома, максимально эффективно работает на нагрев помещения. Некоторые модели способны охлаждать воздух. Во время кондиционирования помещения, энергоэффективность существенно уступает обычным кондиционерам.

Экономичность – даже инверторные кондиционеры, во время работы тратят больше электроэнергии, чем требует отопление тепловым насосом типа воздух – воздух. При переходе в режим обогрева, затраты электричества еще больше увеличиваются.
У ТН коэффициент энергоэффективности определяется согласно СОР. Средние показатели станций равняются 3-5 единицам. Затраты электричества в таком случае составляют 1 кВт на каждые 3-5 кВт полученного тепла.

Сфера применения – кондиционеры используют для вентиляции и дополнительного обогрева помещения, при условии, что температура окружающей среды не будет меньше +5°С. Тепловые насосы воздух-воздух, применяются в качестве основного источника отопления в течение всего года в средних широтах. При определенной модификации, могут использоваться для охлаждения комнат.

Как выбрать тепловой насос типа воздух-воздух

Эффективность ТН воздух-воздух при отоплении дома, напрямую зависит от правильного выбора станции и проведения предварительных расчетов. Подбирая подходящий ТН, обращают внимание на следующие характеристики:

Стоимость оборудования и подключения.

Внимание обращают и на дополнительные функции. Устройство ТН воздух-воздух может отличаться по количеству доступных задач. Оборудование способно работать на нагрев и охлаждение. В серии некоторых производителей, отдельно включено оборудование с встроенными емкостями для нагрева воды ГВС.

Оптимальная отопительная система с тепловым насосом воздух-воздух соответствует техническим характеристикам здания и продумана с учетом дальнейшей эксплуатации. При проведении правильных расчетов, самоокупаемость установки наступает уже через 2-3 года интенсивного использования.

Как рассчитать необходимую мощность ТН

Низкотемпературные тепловые насосы для отопления системы воздух-воздух рассчитываются исходя из формулы 0,7 кВт =10 м². Таким образом, получают приблизительные параметры мощности.

Для первичных расчетов формула достаточно точная. Для примера, можно провести расчет мощности бытового теплового насоса системы воздух-воздух, для помещения в 200 м²:

Расчет мощности включает стандартное помещение, со средним показателем теплопотерь и высотой потолка не более 2,7 м, при условии постоянного проживания.

На каждый 10 м² требуется 0,7 кВт производительности ТН. Для 100 м² понадобится установка на 7 кВт, 200 м² – 14 кВт.

Если в принципиальную схему входит водонагревательный бак, к полученному результату добавляют еще 10-20% мощности.

Если все расчеты произведены правильно, эксплуатация ТН воздух-воздух, обеспечит нагрев воздуха до комфортных 23 градусов в течение всего отопительного сезона, при минимальных затратах на отопление.

Какую марку ТН воздух-воздух выбрать

Оборудование предлагают немецкие китайские и японские производители. При выборе необходимо ориентироваться на указанные в технической документации параметры и отзывы покупателей.

Наилучшие марки насосов воздух-воздух изготавливают в Японии. Азиатские корпорации одними из первых стали использовать технологию извлечения низкопотенциальной энергии из воздуха, для охлаждения помещений. С тех пор их продукция существенно улучшилась:

Daikin – мировой лидер в изготовлении систем отопления и кондиционирования. Главной особенностью продукции является полное интегрирование системы в жилой дом и обеспечение автономного климат контроля, приспосабливающегося к пожеланиям хозяев. Под брендом Daikin предлагаются тепловые насосы для бытовых и коммерческих нужд, работающие на обогрев и охлаждение, а также обеспечение потребностей ГВС.

Mitsubishi – отечественному потребителю продукция компании знакома в основном по выпускаемым автомобилям. Но, как и многие другие японские компании, помимо машин, Mitsubishi выпускает еще несколько видов техники.
Главным достоинством компании считается создание уникальной конструкции ZUBADAN, позволившей существенно улучшить рабочие параметры и сократить расходы электроэнергии. ТН Митсубиси сохраняют работоспособность до -25°С. Для отопления промышленных комплексов, разработаны мультизонные системы.

Fujitsu – основной упор, компания делает на производстве так называемых комбинированных систем, имеющих широкий дополнительный функционал. ТН работают на обогрев и охлаждение. При необходимости, легко интегрируются в систему жидкостного отопления и ГВС. Fujitsu – это компактные и простые в эксплуатации системы, предназначенные для отопления частных домов и коттеджей.

При выборе подходящей станции, помимо выбора производителя, обращают внимание на технические параметры, в частности СОР и минимальную температуру, при которой насос сохраняет работоспособность.

Сколько стоит ТН воздух-воздух

На стоимость влияют технические характеристики, наличие дополнительных функций. Японцы привыкли классифицировать установки по производительности и надежности. Потребителю предлагают три класса оборудования:

Бытовые – ориентировочная цена 200-350 тыс. руб. Максимальная отапливаемая площадь не более 100-140 м².

Полупромышленные – обойдутся в 500-800 тыс. руб.

Промышленные – самые дорогие и производительные установки, предназначены для долгой эксплуатации при неблагоприятных условиях. Производительность до 90 кВт. Стоимость от 900 до 3 млн. руб.

Дополнительно, к цене теплонасоса добавляют стоимость монтажа и изготовления проекта, по распределению потоков воздуха при работе. Особенно это важно при обогреве помещений большой площади, разделенных на комнаты перегородками.

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

Отзывы реальных владельцев о тепловых насосах системы воздух-воздух, помогают составить точную картину, относительно энергоэффективности использования альтернативных методов обогрева, а также получить представление о существующих преимуществах и недостатках.

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).