Принцип работы теплового насоса воздух-воздух

Можно ли сделать своими руками — как это сделать?

Имея смекалку, умея работать руками и обладая понятиями как работает тепловой насос, можно изготовить подобное устройство из подручных средств.

Самый важный элемент – это компрессор, который можно приобрести в специализированных магазинах или мастерских. Подойдет компрессор и уже бывший в употреблении на старом холодильнике или кондиционере (№5 на схеме).

На улице устанавливается вентилятор (№3 на схеме), который осуществляет подачу воздуха на испаритель (№1 на схеме). В испарителе хладагент внутреннего контура теплового насоса поглощает тепло нагнетаемого воздуха. Вентилятор может быть любой, но предпочтительнее с большей производительностью. Испаритель можно изготовить из медных трубок придав им форму змеевика, либо использовать испаритель старого холодильника.

Внутри помещения устанавливается конденсатор (на схеме №2), который можно изготовить аналогично испарителю. Внутренний вентилятор (№4 на схеме), устанавливается также внутри помещения, обеспечивает циркуляцию воздуха.

Компрессор, испаритель и конденсатор соединяются посредством трубок, места соединений герметизируются. Во внутренний контур насоса закачивается хладагент.

Для нормальной работы установки в сеть включаются приборы контроля (№6 на схеме) и клапан обратимости (№7 на схеме).

Рабочие параметры оборудования

Сильные морозы в Подмосковье — редкость, опыт показал, что температура редко опускается ниже -25℃. Подсчитали — в таких условиях для дома имеющейся площади будет достаточно насоса, выдающего 15 кВт тепла. Бюджет системы обошелся нам примерно в 150 000 рублей. 

КПД у воздушных насосов тоже меняется в зависимости от внешних условий. В нашем случае оказалось, что при потреблении 1 киловатт-часа электроэнергии система выдавала 2-2,5 кВт тепла. Это минимум. Если на улице легкая оттепель с температурой чуть выше нуля, то она выдает 3,5 кВт тепла. 

Дом равномерно прогревается именно теплым воздухом, радиаторов или теплых полов нет. В систему постоянно через рекуператор добавляется свежий уличный воздух. 

Задача рекуператора — в дополнительной экономии тепла. С его помощью поступающий с улицы воздух подогревается тем, который принудительно выбрасывается из дома, например, из санузлов. Желаемая температура в помещении выставляется на пульте. 

Управление автоматическое, на ночь температура снижается для большего комфорта. 

Mitsubishi Electric MSZ-LN / MUZ-LN-VGHZ Zubadan — Тепловой насос воздух-воздух. Обогрев до -25.

Работа до — 25 на обогрев. Тепловой насос Воздух-Воздух.
Мощное и быстрое оттаивание наружного теплообменника.
Внутренний блок класса Премиум — MSZ-LN VG. Встроенный Wi-Fi интерфейс позволяет управлять через «домашнюю сеть» Вашего Wi-Fi роутера с помощью специального приложение. 
Установка на старые трубопроводы: при замене старых систем с хладагентом R22 на данные модели не требуется замена или промывка магистралей.

Что такое тепловой насос для отопления частного дома? Как работает?

Специальное устройство, которое способно извлекать тепло из окружающей среды называется тепловой насос.

Применяются такие приборы в качестве основного или дополнительного метода обогрева помещений. Некоторые устройства также работают на пассивное охлаждение здания — при этом насос применяется как для летнего охлаждения, так и для зимнего обогрева.

В качестве топлива используется энергия окружающей среды. Такой обогреватель извлекает тепло из воздуха, воды, грунтовых вод и так далее, поэтому это устройство относят к классу возобновляемых источников энергии.

Важно! Для работы таких насосов требуется подключение к электросети. В состав всех тепловых аппаратов входит испаритель, компрессор, конденсатор и расширительный клапан

В зависимости от источника тепла различают водяные, воздушные и другие устройства. Принцип действия очень похож на принцип работы холодильника (только холодильник выбрасывает горячий воздух, а насос поглощает тепло)

В состав всех тепловых аппаратов входит испаритель, компрессор, конденсатор и расширительный клапан. В зависимости от источника тепла различают водяные, воздушные и другие устройства. Принцип действия очень похож на принцип работы холодильника (только холодильник выбрасывает горячий воздух, а насос поглощает тепло).

Большинство приспособлений работают как при положительных, так и при отрицательных температурах, однако КПД устройства напрямую зависит от внешних условий (т. е. чем выше температура окружающей среды, тем мощнее будет устройство). В общем случае прибор работает следующий образом:

1. Тепловой насос вступает в контакт с окружающими условиями. Обычно аппарат извлекает тепло из земли, воздуха или воды (в зависимости от типа устройства).
2. Внутри прибора установлен специальный испаритель, который заполнен хладагентом.
3. При контакте с внешней средой хладагент закипает и испаряется.
4. После этого хладагент в виде пара поступает в компрессор.
5. Там он сжимается — благодаря этому серьёзно повышается его температура.
6. После этого разогретый газ поступает в систему отопления, что приводит к нагреванию основного теплоносителя, который и используется для отопления помещений.
7. Хладагент понемногу охлаждается. В конце он превращается обратно в жидкость.
8. Потом жидкий хладагент поступает в специальный клапан, который серьёзно понижает его температуру.
9. В конце хладагент вновь попадает в испаритель, после чего цикл нагрева повторяется.

Фото 1. Принцип работы теплового насоса типа грунт-вода. Синим цветом показан холодный теплоноситель, красным — горячий.

Преимущества:

• Экологичность. Такие устройства относятся к возобновляемым источникам энергии, которые не загрязняют атмосферу своими выбросами (тогда как в случае использования природного газа образуются вредные парниковые испарения, а для производства электроэнергии часто применяется сжигание угля, из-за чего также загрязняется воздух).
• Хорошая альтернатива газу. Тепловой насос идеально подойдёт для отопления помещений в случаях, когда использование газа затруднительно по тем или иным причинам (например, когда дом находится вдали ото всех основных инженерных сетей). Насос также выгодно отличается от газового отопления тем, что для установки такого прибора не требуется получать государственное разрешение (но при бурении глубокой скважины его все же придётся получить).
• Недорогой дополнительный источник тепла. Насос идеально подойдёт в качестве дешёвого вспомогательного источника питания (оптимальный вариант — применение газа зимой и насоса — весной и осенью).

Недостатки:

1. Тепловые ограничения в случае использования водяных насосов. Все тепловые аппараты хорошо функционируют при положительных температурах, тогда как в случае работы при отрицательных температурах многие насосы перестают работать. В основном это связано с тем, что при этом вода замерзает, что делает невозможным её применение как источника тепла.
2. Могут появиться проблемы с устройствами, которые в качестве тепла используют воду. Если для нагрева применяется вода, то потребуется найти её стабильный источник. Чаще всего для этого следует пробурить скважину, благодаря чему расходы на монтаж устройства могут возрасти.

Внимание! Насосы обычно стоят в 5—10 раз дороже газового котла, следовательно использование таких приборов в целях экономии в ряде случаев может быть нецелесообразно (чтобы насос окупился, потребуется подождать несколько лет)

Принцип действия

В основе принципа работы теплового насоса системы воздух-воздух лежит то же физическое явление, что и в основе функционирования холодильного оборудования. Только в данном случае он применяется наоборот. Холодильник отводит тепло из пространства внутри своего корпуса, при этом можно заметить, что находящаяся снаружи него радиаторная решетка нагревается.

Последовательность действий теплового насоса системы воздух-воздух выглядит следующим образом:

• Приводимый в движение электромотором вентилятор втягивает в корпус агрегата наружный воздух. Он попадает в систему теплообмена, где при контакте с трубками, по которым течет хладагент, отдает ему тепловую энергию. Вследствие этого хладагент меняет свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное.
• На следующем этапе получившийся газ попадает в компрессор, где происходит его сжимание, которому сопутствует еще большее нагревание.
• После этого в находящемся уже в отапливаемом помещении конденсаторе происходит обратный переход газа в жидкость с выделением тепловой энергии, которая и идет на обогрев помещения.
• На завершающем этапе жидкий фреон снова отправляется в наружную систему теплообмена, а нагнетенное ранее давление стравливается через специальный клапан.

Все эти операции повторяются циклично.

Температура хладагента, как правило, всегда ниже температуры окружающего воздуха и он всегда получает с улицы тепловую энергию. Однако при сильных морозах эффективность такого способа отопления будет довольно низкой.

Особенности трубопроводной обвязки

Помимо правильной установки самого циркуляционного насоса, необходимо правильно расположить ряд других элементов и выполнить технологические требования. А именно:

• во время потока теплоносителя, но перед насосом устанавливается сетчатый фильтр;
• запорный кран установлен с обеих сторон;
• Модели с высокой мощностью требуют вкладышей демпфирования вибрации (опционально для маломощных насосов);
• При наличии двух или более циркуляционных насосов каждый напорный патрубок оборудован обратным клапаном и аналогичным резервируемым устройством;
• Отсутствие давления и давления нагружения и скручивания на концах трубопровода.

Существует два способа установки устройств для эффективной циркуляции в системе:

• отдельное подразделение;
• прямо в систему отопления.

Второй вариант является наиболее предпочтительным. Существует два подхода к осуществлению. Во-первых, циркуляционный насос просто вставляется в линию подачи.

Вторая заключается в использовании U-образного элемента, прикрепленного в двух местах к главной трубе. В середине этого исполнения установлен циркуляционный насос. Данная реализация характеризуется наличием байпаса.

В случае частых отключений электроэнергии центральной системой эта конструкция обеспечивает работоспособность системы. Хотя с меньшей эффективностью.

Принцип работы теплового насоса 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.

Мировой опыт использования тепловых отопительных насосов системы воздух-воздух, убедительно доказал, что использование возобновляемых источников энергии не только возможно, но и экономически выгодно, несмотря на необходимость первичных капиталовложений.