Тепловой насос типа воздух-вода: обзор технологии самостоятельного конструирования

Отопление дома насосом воздух-вода

Примерно по подобной схеме выполнен монтаж теплового насоса в загородном доме нашего клиента. К слову сказать: работы нам было немного, так как система отопления уже была. Реализована на электрическом котле, уже выполнена разводка по всему дому. Оставалось выполнить:

• монтаж внешнего блока теплового насоса и гидромодуля внутри котельной;
• осуществить врезку в действующую систему отопления;
• провести настройку и пуск-наладку теплового насоса

А подобных домов — тысячи, в которых по причине отсутствия газа в качестве единственного источника тепла выступает электричество! Причём нет необходимости проведения каких-либо глобальных ремонтных работ или переделки всей системы. Полноценная система отопления дома тепловым насосом типа воздух-вода — это реальность, это недорого и отбивается примерно за 3 года эксплуатации!

В ваших силах снизить затраты на обогрев загородного дома в 3-4 раза за счёт использования теплового насоса воздух-вода. Мы готовы провести модернизацию вашей системы отопления и займёт это два всего дня!

Схема отопления дома тепловым насосом воздух-вода

Схема модернизации отопления дома. Дело было за малым: интегрировать в действующую систему современный инверторный и экономичный тепловой насос

Тепловой насос CooperHunter UNITHERM

В качестве базы заказчик выбрал одну из лучших на сегодня модель, которая позволяет эффективно обогревать коттедж даже при снижении температуры воздуха до -30 градусов.

Подставка под внешний блок теплового насоса

Можно ли смонтировать на фасаде? Да. Если у вас каменный дом. Или хотя бы бревно или брус от 150 мм. В противном случае (в каркасниках это сплошь и рядом) может возникнуть резонанс и гул. Поэтому ставим на подставку. Варим сами. Данном случае она ещё и сложной формы.

Место установки внешнего блока CH-HP14SINM

С тыльной стороны дома. Свободный обдув внешнего блока со всех сторон для адекватного воздухообмена и выхода на заданные значения по эффективности извлечения низкопотенциального тепла

Коллектор системы отопления

У заказчика всё сделано просто, но по уму. Вот и простенький коллектор для распределения потоков теплоносителя по системе. Это его внешний вид до подключения теплового насоса

Установка гидромодуля

Именно этот блок имеет встроенный теплообменник, где и происходит передача тепла от фреона к этиленгликолю (как в нашем случае). Плюс — автоматика, система защиты, встроенные электрические тены (на случай снижения эффективности при суровых морозах и высокой тепловой нагрузке)

Внешний вид системы отопления

У нас в штате компании и автоматчики (в смысле сотрудники, отвечающие за пуск-наладку), и инженера-теплотехники, которые могут выполнить расчёт и провести комплектацию объекта в зависимости от параметров самого объекта

Автоматика теплового насоса

Чем отличается использование рядного внешнего теплообменника от подобного гидромодуля? Наличием уже готовых решений (с точки зрения управления и автоматизации), заканчивая надёжностью. Можно управлять удалённо (со смартфона), подключить к системе «умный дом». Отопление дома насосом воздух-вода — это просто, комфортно и недорого!

Запуск и сдача системы отопления тепловым насосом заказчику

Система запускается, выводится на рабочий режим, проверяются все режимы работы и после этого подписывается акт выполненных работ. Началась гарантия

Подключение теплового насоса в контур отопления дома

На фотографии видно, что изменения были минимальны. Это, конечно, частный случай и касается объектов, где уже выполнен монтаж системы отопления Если же у вас стадия строительства, начальная стадия ремонта и вы задумались о создании эффективной системы отопления — мы предложим вам множество вариантов. Штатные проектировщики выполнят проект отопления, который и ляжет в основу договора. Мы занимаемся не только update`ом существующих, но и проектированием и монтажом систем отопления загородных домов с ноля.

Вот модели серии UNITHERM — самые популярные и востребованные при создании современных, высокоэффективных систем отопления загородных домов:

Фотография	Модель	кВт	до «минус»	Цена *	Монтаж **
	CH-HP8.0SINK3	8,0	-30	460000 Р	16400 руб.
CH-HP10SINK3	9,2	-30	480000 Р	16400 руб.
	1ф	12,0	-30	руб.
CH-HP12SINM3 3ф	12,0	-30	552000 Р	16400 руб.
1ф	14,0	-30	руб.
CH-HP14SINM3 3ф	14,0	-30	593000 Р	20900 руб.
1ф	15,5	-30	руб.
3ф	15,5	-30	руб.

* На оборудование предоставляется скидка от цены сайта по итогам создания коммерческого предложения.

** Установка внешнего блока и гидромодуля. Подключение к действующей или монтаж создаваемой системы отопления по итогам коммерческого предложения.

Оставьте заявку менеджеру, уверены, что вы останетесь с нами!

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.

Подбор и расчеты теплового насоса

Теплонасос воздух-воздух будет эффективен, только если его правильно подобрать. Необходимо заранее рассчитать его мощность в зависимости от квадратуры дома. А уже потом смотреть какие у разных производителей цены.

При расчетах используется коэффициент энергоэффективности СОР (отношение мощности ТН к затраченной энергии).

При “тепличных условиях” он нередко достигает 4–5 пунктов, а самые современные модели до 7–8. Однако при падении температуры на улице до -15–20°С этот показатель резко падает всего лишь до двойки.

Оптимальную продуктивность по обогреву теплонасос выдает при температурах на улице -10…+10 градусов Цельсия, так он до ¾ тепловой энергии берет с улицы

При расчете воздушного отопления необходимо учесть:

• теплоизоляцию и инсоляцию помещений;
• площадь комнат;
• количество проживающих в коттедже;
• общие климатические условия местности, где стоит дом.

Для большинства домов на каждые десять квадратных метров необходимо порядка 0,7 кВт мощности теплового насоса. Но все здесь достаточно условно. Если потолки выше 2,7 м или стены и окна плохо утеплены, то тепла потребуется больше.

Производителей тепловых насосов воздух-воздух немало и в Азии и в Европе.

Хорошие отзывы имеют системы от Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Carrier, Aertec, Panasonic и Toshiba. Практически все их модели адаптированы к отечественным условиям эксплуатации и неплохо себя зарекомендовали.

Даже при перепадах напряжения они не ломаются, продолжая после включения электричества работать исправно.

Цена на ходовые воздушные теплонасосы варьируется в диапазоне от 90 до 450 тысяч рублей. Здесь многое зависит не только от мощности агрегата, но и от дополнительного функционала и страны изготовления.

Отдельные модели дополняют:

• фильтрами очистки и обеззараживания воздуха; • резервными нагревателями; • электрогенераторами; • GSM-модулями для управления системой; • ионизаторами и озонаторами.

Практика показывает, что при морозах ниже -15 °С в обогреваемых только тепловым воздушным насосом помещениях становится прохладно. И без дополнительного обогревателя комфортом в комнатах откровенно не пахнет.

Однако в южных регионах, где подобные заморозки редки, ТН вполне эффективен и оправдывает потраченные деньги с лихвой за счет экономии энергоресурсов.

Принцип, лежащий в основе функционирования

Конструкция теплового насоса системы воздух вода представляет собой два блока, наружный и внутренний. Наружный блок очень похож на тот же у инверторного кондиционера. С его помощью происходит принудительное нагнетание воздуха, служащего для насоса основным источником тепловой энергии. Нагнетание воздуха происходит во внешний теплообменник насоса, где он контактирует с хладагентом, циркулирующим по системе трубок. За счет того, что температура хладагента существенно ниже температуры окружающей среды, от воздуха к нему происходит передача тепловой энергии.

В результате данного теплообмена хладагент переходит в газообразное состояние. Образовавшийся газ поступает в компрессорный блок, где сжимается, приобретая еще более высокую температуру. После этого хладагент попадает в конденсатор, который является составляющей внутреннего блока теплового насоса, где происходит его преобразование обратно в жидкость. Данный процесс сопровождается нагревательным эффектом. Далее жидкий хладагент отправляется обратно в наружный блок насоса, а повышенное давление, полученное в компрессоре, стравливаетсяиз системы через предназначенный для этого клапан.

Конструкция теплового насоса системы воздух вода включает в себя два блока – наружный и внутренний

Основную часть внутреннего блока теплового насоса представляет водяной бойлер. Его объем определяется из расчета порядка 100 литров на 100 квадратных метров помещения.Он выполняет две основные функции: аккумуляция полученного из окружающей среды тепла, а также осуществление горячего теплоснабжения дома. От данного бойлера отходит разветвленная система отопительных контуров, цель которой перекрыть потребность всех помещений в теплоснабжении. Так в самых общих чертах выглядит принцип работы теплового насоса системы воздух-вода.

Безопасность и экологичность прежде всего

Отопление с помощью описанных в данной статье насосов является одним из наиболее экологических методов. Обусловлено это по большей части сокращением выбросов в атмосферу углекислых газов, а также сбережением невосстанавливаемых энергоресурсов. Кстати, в нашем случае используются возобновляемые ресурсы, поэтому бояться, что тепло вдруг закончится, не стоит. Благодаря использованию вещества, кипящего при низких температурах, появилась возможность реализовать обратный термодинамический цикл и при меньших затратах энергии получать достаточное количество тепла в дом. Что касается пожаробезопасности, то тут и так все понятно. Нет вероятности утечки газа или мазута, взрыва, нет опасных мест для хранения горючих материалов и многое другое. В этом плане тепловые насосы очень хороши.

Тепловой насос «воздух-вода» для дома

Особенностью систем «воздух-вода» является сильная зависимость температур теплоносителя в системе отопления от температуры источника — наружного воздуха. Эффективность подобного оборудования постоянно изменяется как в сезонном отношении, так и в погодных условиях. В этом проявляется существенное отличие аэротермальных систем от геотермальных комплексов, чья работа стабильна в течение всего срока службы и не зависит от внешних условий.

Кроме того, тепловые насосы типа «воздух-вода» способны как обогревать, так и охлаждать воздух в помещениях, что делает их востребованными в регионах с относительно холодными зимами и жарким летом. В целом, использование подобных систем наиболее эффективно в относительно теплых районах, а для северных областей требуется дополнительные средства обогрева (обычно используются электронагреватели).

Как работают тепловые насосы воздух-вода?

В основе работы теплового насоса типа «воздух-вода» положен принцип Карно. Говоря более понятным языком, используется конструкция фреонового холодильника. Хладагент (фреон) циркулирует в замкнутой системе, проходя последовательно стадии:

• испарения, сопровождающегося сильным охлаждением
• подогрева от тепла поступающего наружного воздуха
• сильного сжатия, при котором его температура становится высокой
• конденсации с переходом в жидкое состояние
• прохода через дроссель с резким падением давления и испарением

Для нормальной циркуляции хладагента необходимо иметь два отделения — испаритель и конденсатор. В первом температура низкая (отрицательная), для нагрева используется тепловая энергия из воздуха окружающей среды. Второе отделение служит для конденсирования хладагента и передачи тепловой энергии в теплоноситель системы отопления.

Роль поступающего извне воздуха — передача тепла в испаритель, где температура очень низкая и требует повышения для предстоящего сжатия. Тепловая энергия воздуха имеется даже при отрицательных температурах и сохраняется до тех пор, пока не произойдет понижение температуры до абсолютного нуля. Низкопотенциальные источники тепловой энергии позволяют получать высокую эффективность системы, но при сильном понижении наружной температуры до -20°C или – 25°C система останавливается и требует подключения дополнительного источника обогрева.

Достоинства и недостатки

Достоинствами тепловых насосов «воздух-вода» являются:

• простота установки, отсутствие земляных работ
• источник тепловой энергии — воздух — имеется везде, он доступен и совершенно бесплатен. Для работы системы требуется только электропитание для циркуляционного оборудования, компрессора и вентилятора
• тепловой насос можно конструктивно объединить с вентиляцией, что позволить существенно повысить эффективность работы обеих систем
• отопительная система безвредна для окружающей среды и не опасна в эксплуатационном отношении
• работа системы практически бесшумна, может управляться при помощи систем автоматики

Недостатками теплового насоса «воздух-вода» являются:

• ограниченность применения. Бытовые модели ТН требуют подключения дополнительных систем отопления уже при -7°C, промышленные образцы способны держать температуру до -25°C, что для большинства регионов России слишком мало
• зависимость эффективности системы от температуры наружного воздуха делает работу системы нестабильной и требует постоянной перенастройки режимов функционирования
• для питания вентиляторов, компрессоров и прочих устройств требуется подключение к стабильному источнику электроэнергии

Планируя использование подобной системы отопления и ГВС, необходимо учитывать эти особенности.

Расчет мощности установки

Порядок расчета мощности установки сводится к определению площади дома, подлежащей обогреву, подсчету необходимого количества тепловой энергии и подбору оборудования, соответствующего полученным значениям. Излагать подробную методику расчета нет смысла, поскольку она чрезвычайно сложна, требует знания многих параметров, коэффициентов и прочих значений. Кроме того, нужен опыт выполнения подобных расчетов, иначе результат окажется совершенно ошибочным.

Для решения проблемы рекомендуется использовать онлайн-калькулятор, найденный в сети. Пользоваться им легко, надо лишь подставить в окошечки свои данные и получить ответ. Если появились сомнения, расчет можно продублировать на другом ресурсе, чтобы получить сбалансированные данные.

Тепловые насосы «воздух-вода» компании Bosch

Тепловые насосы Compress 6000 AW (Bosch, Германия), системы «воздух-вода», представлены в компании четырьмя моделями – мощностью 7, 9, 13 и 17 кВт. Коэффициент эффективности СОР достигает 5,1. Compress 6000 AW стабильно работает на отопление до минус 20°С, а также имеет функцию реверсивного режима работы, благодаря чему он может применяться для охлаждения помещения при внешних температурах до +45°С. Продуктивность охлаждения 6,71; 9,25; 11,12 и 11,92 кВт, соответственно. Уровень шума на расстоянии 1 м – не более 55 дБ. Максимальная температура нагрева воды – до +62°С. Масса наружных блоков 92 – 162 кг, в зависимости от модели. Габариты: 1370 – 1680 х 930 – 1200 х 440 – 580 мм. Насосам мощностью от 13 кВт необходимо трехфазное подключение.

Внутренние блоки выполнены в настенном исполнении и предлагаются в двух вариантах – для самостоятельной работы (со встроенным электрическим догревателем) или для работы в сочетании с котлом системы отопления. Вес настенных внутренних блоков 30 кг. Габариты: 700 х 485 х 398 мм. Система оснащена электронным насосом с цифровым PWM сигналом для циркуляции воды системы отопления. Данный тепловой насос имеет интегрированную поддержку работы от фотоэлектрических панелей и возможность подключения к Интернету для удаленного управления с помощью приложения для мобильных устройств Bosch ProControl.

Запатентованные решения Compress 6000 AW:

• SmartSoftDefrost – интеллектуальное размораживание внешнего блока с помощью тепла из воздуха. Насос в это время продолжает производить тепло на отопление. Система безопасности подает сигнал, если отвод конденсата заблокирован (кусками льда или листьями).
• Алгоритм переключения для приготовления горячей воды – снижение энергозатрат при переключении режимов работы.

Это интересно: Печка буржуйка своими руками для дачи и гаража на отработанном масле: познаем подробно

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.
2. Умножают полученную сумму на 0,7.
3. Полученный результат будет соответствовать минимально необходимой мощности оборудования.

Чтобы обеспечить максимальную экономичность отопления дома с помощью теплового насоса системы воздух-вода, потребуется грамотная проектная документация и квалифицированное выполнение монтажных работ.

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.