Тепловой насос воздух вода — схемы устройства и сооружение

Эффективность воздушного теплового насоса

ВТН эффективны и зимой, и летом, благодаря COP (коэффициенту преобразования). COP теплового насоса – это способ измерения его эффективности путем сравнения потребляемой мощности, необходимой для производства тепла, с количеством тепла на выходе.

Показатель COP  корректируется с учетом времени года. Чтобы иметь возможность сравнивать тепловые насосы по тому, насколько сильно на них влияют эти изменения, используется сезонный COP (Seasonal Coefficient of Performance).

ВТН получает энергию из окружающего воздуха, но при снижении окружающей температуры снижается и эффективность.

Как подобрать тепловой отопительный насос воздух-вода

Правильно выбрав тепловой насос для отопления дома воздух-вода, можно раз и навсегда решить вопрос обогрева жилых и промышленных помещений. Подбор подходящей тепловой станции выполняют следующим образом:

• Тип корпуса – производители предлагают две базовых конструкции. Низкотемпературный моноблочный тепловой насос типа воздух-вода примечателен тем, что в помещении не устанавливается никакого оборудования, все необходимые узлы расположены на улице (либо в отдельном изолированном помещении). В дом входит только подающий и обратный трубопровод отопления.Сплит – системы, больше предназначены для бытового использования. Внешний блок устанавливается на улице и подключается к емкости накопителю. Разогретый фреон разогревает конденсатор, который методом косвенного нагрева передает тепло жидкости, используемой в качестве теплоносителя.

Функциональные возможности – некоторые модели предназначены для подключения только к системе водяного обогрева здания. Применение других теплонасосов воздух-вода, подходит для отопления и горячего водоснабжения.

Зависимость производительности от температуры окружающей среды – бытовые модели обычно ограничены температурой от +45°С до -15°С, можно приобрести оборудование, способное вырабатывать тепловую энергию даже при -25-32°С. Эффективность системы отопления дома с ТН воздух – вода, напрямую зависит от этого параметра.

Дополнительно, к параметрам при выборе, обращают внимание на мощность оборудования, компанию производителя, выпускающую теплонасос и себестоимость установки, включая проведение монтажных работ

Как сделать расчет необходимой мощности ТН воздух-вода

Существует два понятия, предварительный (в первом приближении) и проектный расчёт мощности. Первый можно выполнить самостоятельно, второй делает специализированное учреждение. В первом приближении, на каждый квадратный метр рассчитывают 70 Вт мощности ТН. Дальнейшие расчеты выполняют следующим образом:

1. Подсчитывают общую отапливаемую площадь.

Умножают полученную сумму на 0,7.

Полученный результат будет соответствовать минимально необходимой мощности оборудования.

Для отопления дома в 100 м², нужен тепловой насос мощности 7 кВт, 200 м² — 14 кВт и т.д.

Производители тепловых насосов отопления воздух-вода

Буквально 10 лет назад, на рынке предлагались всего несколько моделей тепловых насосов. Сегодня выбор стал намного больше. Ведущие немецкие производители, российские, японские и китайские компании, выпускают оборудование, с той или иной долей теплоэффективности.

Судя по отзывам покупателей, наиболее востребованными являются насосы следующих компаний:

• Viessmann – более 30 лет занимается выпуском тепловых насосов. С тех пор, продукция компании существенно изменилась. Были учтены пожелания потребителей, внедрены новые технологии. В ТН Viessmann используется инновационная автоматика, полностью регулирующая весь процесс работы, оптимизирующая процесс обогрева, в согласии с погодными условиями.

Buderus – модели отличаются высокой производительностью. Предназначены для бытового и промышленного применения. Полностью соответствуют особенностям отечественной эксплуатации. В серии Buderus предлагаются насосы для обогрева площади до 500 м² и выше.

Stiebel Eltron – еще одна немецкая компания, пользующаяся неизменным спросом у отечественного потребителя. В качестве достоинств можно выделить большой ассортимент предлагаемого оборудования, функциональность устройств и возможность подбора по индивидуальным запросам. Модели Stiebel Eltron имеют высокий уровень СОР и отличаются экономичностью.

Heliotherm – австрийские теплонасосы, имеющие один из лучших показателей СОР среди всего термального оборудования. Имеют официальное представительство в РФ, что во многом облегчает монтаж, обслуживание систем и выполнение гарантийных обязательств. Теплонасосами Heliotherm оснащены более 15 000 различных объектов.

Стоимость установки ТН воздух-вода

Последние модели тепловых насосов обойдутся в 160-1200 тыс. руб. Цена варьируется, в зависимости от производителя. На стоимость сильно влияет «раскрученность» бренда. Китайские модели, имеют меньшую цену, но и уступают по надежности и показателям СОР.

Монтаж теплонасосов воздух-вода обычно входит в стоимость. Большинство производителей, дополнительно, бесплатно делают проект и предоставляют другие услуги по обслуживанию. Рассчитать полную стоимость, включая покупку ТН и его установку можно с помощью он-лайн калькуляторов.

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 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)

Откуда тепло в холодном воздухе?

• Для того чтобы ответить на данный вопрос нужно вспомнить формулу из школьной физики:
• Q = c x m x (T1 – T0)
• Q – ко­ли­че­ство теп­ло­ты, из­ме­ря­ет­ся в Джо­у­лях ;
• c – удель­ная теп­ло­ём­кость ве­ще­ства, из­ме­ря­ет­ся в [Дж/кг*°С].
• m – масса вещества, измеряется в килограммах ;
• T0 – начальная температура, измеряется в градусах цельсия ;
• T1 – конечная температура, измеряется в градусах цельсия ;
• Пример. Сколько тепла можно отобрать у 1 м3 воздуха при начальной температуре -20 °С, если испаритель теплового насоса способен отобрать Δ10°С?
• Удельная теплоемкость воздуха равна 1003 Дж/кг*°С
• Плотность воздуха равна 1,225 кг/м3
• Q = 1003 x 1,225 x (-20 – (-30)) = 12286,75
• Ответ: 1 м3 воздуха содержит количество теплоты равное: Q=12286,75 = 3,4 Вт*час

Вентиляторы наружного блока Zubadan PUHZ-SHW230YKA имеют максимальную производительность 8400 м3/час, что позволяет извлекать до 28,56 кВт*час тепловой энергии.

Тепловой насос в системе отопления/охлаждения

1. Наружный блок – тепловой насос
2. Внутренний блок – гидромодуль
3. Бак ГВС (горячего водоснабжения)
4. Буферный бак системы отопления/охлаждения
5. Трехходовой клапан (функция ГВС)
6. Беспроводной пульт управления

Для отопления предпочтительнее использовать низкотемпературную систему “теплый пол”, это позволяет добиться максимальной энергоэффективности.

Тепловой насос также можно внедрить в существующую систему отопления. Для этого необходимо будет подключить старый котел и систему отопления к буферной емкости №4

Для работы в режиме охлаждения используются фанкойлы, теплый пол, холодные стены или потолки.

Как добиться максимальной экономии?

Потребление будет зависеть от четырех факторов:

1. Параметры здания, геометрия, направление по сторонам света.
2. Уровень энергоэффективности. Проще говоря – качество утепления здания, чем лучше будет утеплен Ваш дом, тем меньше тепла потребуется для его обогрева. Значительно дешевле утеплить дом и поменять окна, чем покупать более мощный тепловой насос.
3. Климатическая зона. Естественно что потребление в г.Киев будет немного больше чем в г.Одесса, так как климат южного региона более мягкий.
4. Приборы отопления. Тепловой насос имеет самые высокие показатели энергоэффективности при работе с низкотемпературными отопительными приборами (теплый пол, фанкойлы, теплообменники вентиляции). При работе на старые чугунные радиаторы потребление теплового насоса будет выше, так как тепловой насос должен будет греть воду до 50-60 °С, в отличие от 30-35°С в случае с теплым полом или фанкойлами. Какие приборы отопления лучше для теплового насоса?

Для достижения самых лучших результатов мы рекомендуем чтобы процент низкотемпературных приборов был равен не меньше 75% и более.

Тепловой насос воздух-вода

Установка и эксплуатация теплового насоса ВОЗДУХ-ВОДА

Воздух как источник низкотемпературной тепловой энергии

Теоретически, в качестве источника низкотемпературной тепловой энергии можно использовать воздух, независимо от его температуры. На практике тепловые насосы типа «воздух-вода» эффективны при температуре воздуха не ниже -15 С. На сегодняшний день уже есть в продаже насосы, работающие и при температуре -25 С, но пока стоимость их слишком высока, что делает этот вид теплотехнического оборудования малодоступным для широкого потребителя.

В самом примитивном виде тепловой насос «воздух-вода» можно представить, как кондиционер, используемый для охлаждения окружающей среды и сбрасывающий «лишнее» тепло в отапливаемое помещение.

При этом тепловой насос типа «воздух-вода» не требует рытья котлованов или бурения скважин, прокладки трубопроводов по дну водоемов или устройства вертикальных коллекторов, необходимых для включения в работу тепловых насосов типа «вода-вода» или «грунт-вода». Он прост в эксплуатации и при этом позволяет получать недорогое тепло для отопления дома.

Так же, как и системы кондиционирования, тепловые насосы этого типа могут быть выполнены по 2 компоновочным схемам:

• В виде сплит системы, состоящей из 2 блоков, соединенных коммуникациями
• В виде моноблока

Как правило, моноблок представляет собой единое устройство, собранное в одном корпусе и устанавливаемое внутри дома или снаружи него. При внутренней установке необходимо предусматривать наличие свободного канала для забора воздуха. При этом наружная установка предпочтительнее: она позволяет вынести компрессор, как источник шума за пределы помещения.

На сегодняшний день многие производители выпускают тепловые насосы типа «воздух-вода» именно в виде моноблоков. Это удобно и практично, позволяет свободно перемещать насос и устанавливать его без сложного монтажа и подключения. Единственным недостатком является низкая мощность насосов этого вида: от 3 до 16 кВт.

Сплит-система разделена на два блока, в один из которых входит конденсатор и система автоматического контроля. Он устанавливается внутри помещения. Во второй (наружный) блок входит компрессор. Его Экономическая целесообразность установки тепловых насосов «воздух-вода»

Тепловые насосы воздух вода эффективны при положительной температуре наружного воздуха. Они нашли широкое применение в южных районах нашей страны: на Кубани, в Ставропольском крае и т.д. где сильные морозы редкость, а зимой температура редко опускается ниже нулевой отметки.

Это вовсе не означает, что в других районах нашей страны, с более суровыми климатическими условиями, тепловые насосы этого типа использовать нельзя. Вовсе нет. Просто эффективность работы насоса «воздух-вода» снижается при снижении температуры воздуха одновременно с повышением расходов на электроэнергию, необходимую для обеспечения работы насоса.

Поэтому целесообразность эксплуатации теплового насоса при отрицательной температуре воздуха, а также подбор оборудования в соответствии с требуемой мощностью, должны производиться квалифицированными специалистами-теплотехниками.

На сегодняшний день оптимальным вариантом является использование теплового насоса «воздух-вода» для отопления и горячего водоснабжения при плюсовой температуре окружающей среды и включение в работу котла или другого источника тепловой энергии при наступлении морозов.

Еще одним условием использования теплового насоса для отопления дома является высокая тепловая эффективность строения, отсутствие в нем тепловых потерь, связанных с некачественной теплоизоляцией и сквозняками.

Последующие действия

1. Всасывающий патрубок соединяют с воздухофильтром. К ним, через тройник, подключают манометр. Он будет показывать уровень разрежения.
2. Нагнетательный патрубок соединяют с воздушным фильтром, имеющим функцию улавливания масла. Фильтр имеет пробку. Если её выкрутить, можно избавиться от накопившегося масла.
3. Если готовое изделие планируют использовать и как компрессор, без манометра не обойтись. Его устанавливают после маслоуловителя, на линии нагнетания.

Избыточное давление совершенно не допустимо в момент запуска двигателя. Требование обусловлено спецификой пусковой схемы. Во время запуска ток, который возникает в рабочей обмотке, включает в пусковом реле электромагнит. Он притягивает сердечник с контактами. Контакты замыкаются и подают на пусковую обмотку ток. При нормальном давлении двигатель раскручивается в кратчайшие сроки. В итоге ток в рабочей обмотке падает, электромагнит размыкает пусковую обмотку и отпускает сердечник. При избыточном давлении в линии нагнетания, высокая нагрузка приведёт к быстрому износу пусковой обмотки.

Подобное явления можно предотвратить, если установить на линии нагнетания электропневноклапан, а за ним – обратный клапан. Первый включают в цепь мотора и тогда, он будет открыт, пока установка не функционирует, а во время её включения – закроется.

Подобные предосторожности не имеют смысла, если компрессор будет использоваться для простых целей, к примеру, для продувки. Тем не менее, если планируется подключение какого-нибудь устройства для накопления давления, без электропневноклапана и обратного клапана не обойтись. Вакуумный насос готов, остаётся лишь через предохранитель подключить электричество

Вакуумный насос готов, остаётся лишь через предохранитель подключить электричество.

Воздушное отопление тепловым насосом: расчет мощности установки

Мощность теплового насоса зависит от множества факторов, а именно: от объема хладагента, от площади поверхности змеевиков в испарителе и конденсаторе, от предполагаемого объема теплоотдачи системе отопления и так далее. Поэтому, в большинстве случаев, расчет мощности ведется в специальных программах, которые учитывают и другие вводные данные.

В упрощенной форме эти программы оформляются в виде он-лайн «калькуляторов», с открытыми полями для ввода следующих параметров:

• Площади помещения и высоты потолков – они используются для расчета объема.
• Региона, где расположено здание – с помощью этого параметра определяется среднегодовая температура воздуха, влияющая на производительность испарителя.
• Степени утепления задания – с помощью этого параметра определяется ожидаемая «калорийность» системы отопления.

На финальной стадии два последних параметра преобразуются в коэффициенты, на которые умножают объем помещения. Полученную в результате подобных манипуляций цифру сравнивают с табличными значениями, увязывающими мощность насоса с отапливаемым объемом.

Принцип работы теплового насоса

В конструкцию любого теплового насоса входят следующие устройства: конденсатор, испаритель, компрессор (повышает давление) и расширитель (понижает давление). Все перечисленные элементы объединены при помощи трубопровода и представляют собой один замкнутый контур. По этому контуру циркулирует охладитель. Фреон, хладон — это технический термин присвоенный группе фторсодержащих производных метана и этана. Он представляет из себя инертный газ, который обладает сверхнизкой температурой кипения. По этой причине в «горячей» части контура он находится в газообразном состоянии, а в «холодной» он становится жидкостью.

Перемещаясь в компрессор, хладагент (чаще всего фреон) подвергается действию высокого давления и сжимается, из-за чего его температура повышается. Разогретый давлением газ поступает в другую часть теплообменника – в конденсатор. Тут промежуточный теплообменник передаёт тепло теплоносителю, который входит в систему отопления дома. Во время того, как хладагент отдает тепло, он конденсируется, снова становится жидким, а нагретый им теплоноситель подаётся в систему отопления. Жидкий фреон проходит через расширитель, где вскипает поглощая тепло. Затем перемещается в испаритель, где докипают остатки жидкой фракции – и цикл повторяется снова.

Важной особенностью тепловых насосов является универсальность использования – при низких температурах воздуха они обеспечивают обогрев помещений, а в жаркую погоду – их охлаждение. Во втором случае (реверсивный тепловой насос) используется тот же принцип. Разница лишь в том, что в жару теплоноситель движется в другом направлении – он поступает не снаружи, а из дома, из внутренних помещений

Разница лишь в том, что в жару теплоноситель движется в другом направлении – он поступает не снаружи, а из дома, из внутренних помещений.

Попробуем пересказать то же самое простыми словами.

Давайте вспомним, как работает холодильник. В камеры холодильника помещаются продукты, имеющие комнатную температуру. По закону сохранения энергии накопленное ими тепло не может испариться в никуда – его необходимо вывести за пределы холодильника, что и делается при помощи радиатора, расположенного позади агрегата. Радиатор для этого и предназначен – для рассеивания, передачи в окружающий воздух тепла, «извлеченного» из продуктов.

Теперь представим себе холодильник, который установлен на улице с открытой дверцей, а его радиатор демонтирован и установлен в доме. Даже если температура воздуха на улице будет на несколько градусов выше температуры кипения фреона, которым заправлен холодильник, агрегат будет передавать это тепло через радиатор в дом, извлекая его из окружающей среды. Это и есть простейший пример теплового насоса. Описанный принцип называется циклом Карно: именно на нем основана работа холодильных установок и климатической техники.