Как выбрать тепловой насос для дома и избежать типичных ошибок при установке

Особенности тепловой системы воздух-вода

Тепловой насос, которому посвящена эта статья, в отличие от других модификаций подобного устройства (в частности, вода-вода и грунт-вода), обладает рядом достоинств:

экономит электричество;
для установки не потребуются масштабные земельные работы, бурение скважин, получение специальных разрешений;
если подключить систему к солнечным батареям, то можно обеспечить полную ее автономность.

Веское преимущество тепловой системы, извлекающей энергию ветра и передающей ее воде, заключается в стопроцентной экологической безопасности.

Перед тем, как приступать к конструированию насоса, необходимо выяснить, в каких случаях система проявляет себя максимально эффективно, а когда ее использование нецелесообразно.

Тепловая насосная система, извлекающая энергию из воздушной массы, может использоваться для подогрева всех видов теплоносителей, применяющихся на территории СНГ: воды, воздуха, пара

Специфика применения и работы

Тепловой насос продуктивно работает исключительно в температурном диапазоне от -5 до +7 градусов. При температуре воздуха от +7 система будет вырабатывать больше тепла, чем необходимо, а при показателе ниже -5 – недостаточно для обогрева. Это связано с тем, что концентрированный фреон, находящийся в конструкции, закипает при температуре -55 градусов.

Теоретически система может вырабатывать тепло и в 30-градусный мороз, но его будет недостаточно для обогрева, ведь теплопроизводительность напрямую зависит от разности температуры кипения хладагента и температуры воздуха.

Поэтому жителям Северных регионов, где холода наступают раньше, эта система не подойдет, а в домах Южных областей она сможет эффективно прослужить несколько холодных месяцев.

Если в помещении установлены стандартные батареи, то тепловой насос будет работать менее эффективно. Лучше всего устройство воздух-вода сочетается с конвекторами и иными радиаторами с большой площадью, а также с системами «теплый пол», «теплые стены» водного типа.

Также само помещение должно быть хорошо утеплено снаружи, обладать встроенными многокамерными окнами, обеспечивающими лучшую теплоизоляцию, чем обычные деревянные или пластиковые.

Тепловой насос лучше всего взаимодействует с водяной системой «теплый пол», не требующей нагрева теплоносителя свыше 40 – 45º С

Самодельный тепловой насос сможет эффективно обогревать дома площадью до 100 кв. м и гарантировано выдавать мощность в 5 кВт. Следует понимать, что фреон невозможно залить достаточно качественно в конструкцию, созданную в бытовых условиях, поэтому следует рассчитывать на температуру его кипения до -22 градусов.

Устройство домашней сборки идеально подойдет для снабжения теплом гаража, теплицы, подсобных помещений, небольшого частного бассейна и др. Система обычно используется в качестве дополнительного обогрева.

Электрокотел или иное традиционное оборудование для отопительного сезона потребуется в любом случае. Во время сильных морозов (-15-30 градусов) тепловой насос рекомендуется выключать, чтобы избежать растрат электроэнергии, ведь в этот период его эффективность составляет не больше 10%.

Тепловые насосы поставляют достаточное количество энергии для обогрева воды в крытых частных бассейнах (+)

Принцип действия системы

Рабочее вещество в конструкции – воздух. Через наружный блок, устанавливающийся на улице, кислород по трубам поступает в испаритель, где взаимодействует с хладагентом.

Фреон под действием температуры становится газообразным (поскольку закипает при -55 градусах) и в нагретом виде под давлением поступает в компрессор. Устройство сжимает газ, тем самым увеличивая его температуру.

Горячий фреон поступает в контур накопительного бака (конденсатора), где происходит отдача тепла воде, которую впоследствии можно использовать для организации отопления и ГСВ. В конденсаторе фреон лишается только части своего тепла, и все еще находится в газообразном состоянии.

Проходя через дроссель, хладагент распрыскивается, в результате чего его температура понижается. Фреон становится жидким и в таком виде переходит в испаритель. Цикл повторяется.

На рисунке схематически показана реализация принципа элементарного теплового насоса, разделенного компрессором и расширителем на два контура – высокого и низкого давления

Желающим самостоятельно соорудить тепловой насос из бросовых материалов и отслужившей техники, к примеру, из старого холодильника, поможет информация, изложенная в рекомендуемой нами статье.

Монтаж теплового насоса воздух-воздух раздельного типа

Монтаж ТН такого типа похож на установку кондиционера по своему принципу. Нужно разместить наружный блок с испарителем на улице и внутренний – в помещении. Между собой они связаны медной трубкой с термоизоляцией, по которой проходит хладагент (фреон).

При выборе места стоит помнить, что чем дальше разнести блоки, тем больше потерь тепла будет. Спецы говорят, что между ними должно быть не более 5 метров трассы, но часто такое нельзя реализовать (см. фото). Особенно, если речь об обеспечении теплом большого дома. Трубки должны быть обязательно утеплены, причем не подручными средствами, а специальной теплоизоляцией, желательно с металлизированным покрытием.

Слишком большое расстояние и длина трубок — дополнительные потери тепла и снижение КПД.

Некоторые тепловые насосы имеют возможность подключить несколько внутренних блоков к одному наружному. В таком случае они должны иметь собственные пульты для регулировки температуры. По сути, это аналог мультизонального кондиционера.

Место установки наружного блока теплового насоса

Чтобы тепловой насос лучше функционировал, нужно правильно выбрать место для монтажа наружного блока. Его лучше установить с ветреной стороны, чтобы испаритель хорошо отбирал тепловую энергию.

Внешний блок воздушного теплового насоса нужно устанавливать на достаточном расстоянии от земли. Его не должно заносить снегом. Если установить его ниже 0,5 метра над землей, под ним будут образовываться снежные заносы. Чем выше расположен вешний блок, тем лучше его обдувает ветер.

Для защиты от осадков желательно поставить козырек над блоком. Избыток влаги осенью и весной могут приве6сти к обмерзанию ламелей радиатора испарителя. Это приведет к снижению COP (КПД) теплового насоса.

Монтаж медных трубок

Медные трубки нужно гнуть с помощью специальных трубогибов (см. фото). Они не универсальные, рассчитаны на разный диаметр труб. Так как плотность их стенок зависит от сечения, то и диаметр круга трубогиба зависит от диаметра трубки.

Профессиональный трубогиб для медных трубок.

Иногда с тепловым насосом поставляют медную трубу для монтажа. Иногда на ней есть резьба для соединения, а на патрубках теплонасоса – ответная резьба. Длина трубки редко подходит для нужд, ее надо либо нарастить, либо обрезать. В обоих случаях придется паять.

Есть два способа скрепить медь – спаять и сварить. Сварка более надежна, но хлопотна. Поэтому большинство монтажников прибегают к пайке, главное – чтобы расходный материал был качественным, иначе со временем будут происходить просечки. Фреон в состоянии газа легко выходит через любые отверстия. Поэтому даже микротрещины – большая проблема.

Запуск теплонасоса

При пуске теплонасоса нужно чтобы давление в магистрали было таким, как указал производитель. Чтобы его обеспечить используют манометрическую станцию, вентиль или аналогичный инструмент.

Если в трубках останется воздух, вместе с ним попадет и влага. Даже небольшого ее количества хватит, чтобы компрессор начал быстро изнашиваться. При работе ТН она кристаллизуется и кристаллы льда повреждают рабочие части оборудования. Поэтому перед закачкой фреона из магистрали нужно откачать воздух вакуумным насосом.

Важно
Если моноблок или наружный блок теплового насоса перевозили в горизонтальном состоянии, нельзя запускать его сразу после подключения. Он должен простоять в рабочем положении три и более часа, а лучше — день.. Холодильное масло должно стечь в нижнюю часть системы, чтобы предотвратить ее повреждение

Холодильное масло должно стечь в нижнюю часть системы, чтобы предотвратить ее повреждение.

Монтаж воздушного теплового насоса можно представить как такой алгоритм действий:

Выбор места для наружного и внутреннего блока;
Монтаж магистрали из медных трубок с термоизоляцией;
Спайка (сварка) трубок;
Закачка хладагента;
Контроль давления.

После того как все шаги сделаны, можно запускать тепловой насос. Что касается теплонасосов воздух-воздух, с ними редко бывают проблемы. Они просты в эксплуатации, а установить, подключить и запустить его сможет любой при наличии нужного инструмента.

Как видим, монтаж теплового насоса воздух-воздух раздельного типа намного сложнее чем установка моноблока. По существу этот процесс схож на установку кондиционера. Поэтому с ним не так тяжело справиться, имея соответствующие навыки. Но лучше не рисковать и воспользоваться помощью профессионалов.

Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

Плюсы и минусы геотермальных систем

На отопление тепловым насосом домов не является новаторскими разработками. Такие страны, как Япония и США (штаты с теплым климатом), отработали этот способ уже давно и в совершенстве. От них не отстает буквально вся Европа.

Дом в Японии, оборудованный теплонасосомИсточник burenie-ug.com.ua

Но и авторство метода остается под вопросом. Ведь Советский Союз также применял эту технологию еще с середины прошлого века. Правда повсеместного распространения она не получила. Но в восьмидесятые годы прошлого столетия на территории Ялты один из санаториев пользовался огромной популярностью. И его постоянно демонстрировали, как яркий образец достижений технического прогресса и советской науки.

Для обогрева всего санатория «Дружба» использовали ближайшее море. Но насосная тепловая станция также обеспечивала всю округу горячим водоснабжением и подогревала бассейны для купания на территории здравницы. А еще она охлаждала комнаты в особо знойные дни.

Преимущества системы обогрева, работающей от теплового насоса:

Позволяет сэкономить на энергоносителях. В расчет берется только электричество и в сравнении с расходами на эксплуатацию электрокотлов.
Минимальное техобслуживание. После сдачи системы в работу, следить приходится лишь за целостностью контура отопления.
Использование, практически, на любой местности. Кроме северных регионов. Тепловой насос для отопления дома будет работать там, где есть водные ресурсы, земля и воздух.

Домик возле водыИсточник zaggo.ru

Не нужно ни постоянного, ни регулярного внимания. В систему не придется циклически добавлять топливо. Ее работа полностью автоматизирована.
Исходя из предыдущего пункта можно не боятся оставлять дом в отопительный период на длительное время. Достаточно выставить режим работы на минимальные параметры и контур отопления будет в полной безопасности.
Также в сохранности будет и все здание. Потому что в системе нет ни единого участка, на котором температура могла бы подняться критически. Да в работающем контуре просто и нечему взрываться.
Система полностью экологична. Нет ни вредных выбросов в атмосферу и почву, ни окислений. А современные хладагенты безопасны для окружающих.
Универсальность установки позволяет использовать ее не только для обогрева, но для охлаждения домашнего пространства.
Многие модели обладают реверсивностью. Отбирая тепло у комнаты в жаркую пору, тепловой насос для частного дома отдает его в почве для того, чтобы использовать в холода.
Система способна на работу даже в сильные морозы. Просто начиная от минус 20 °C ей в помощь придется подключать электрообогреватель.

Мороз за окномИсточник academy-of-curiosity.ru

Если окружающие условия щадящие, то тепловой насос способен проработать без капитального ремонта до 50 лет. Правда компрессор столько не выдержит. И возможно его за этот срок придется пару раз заменить.

Недостатков у системы мало. Но есть и существенные. Например, потребуются большие капиталовложения на начальном этапе. Конечно же, они окупятся, но на это уйдут годы. На сегодняшний день стоимость подобного оборудования очень высока в сравнении с отопительными котлами. Да и наладка геотермальной системы потребует немалой суммы.

Многие считают серьезным минусом, что тепловой насос бессилен перед морозами. Помощь другой системы отопления при опускании температуры ниже минус 15-20 градусов Цельсия является вынужденной мерой. И требует дополнительных вложений на закупку и подключение дублирующего оборудования.

Обогреватель ВалиантИсточник nonano.ru

Да и полная безвредность несколько преувеличена. Ведь теплоноситель, забирая тепло из окружающего пространства, нарушает экосистему, которая устоялась тысячелетиями

И на большой глубине есть микроорганизмы, существование которых важно, потому что они обеспечивают жизнедеятельность для других систем

Правда всегда можно успокоить себя тем, что по сравнению с нефтедобычей, подобный урон планете, почти и незаметен.

Самодельный тепловой насос – реально ли?

В случае с бассейном следует учесть:

место, в котором расположен бассейн;
наличие и степень надежности бассейна;
объем купальной чаши;
начальную температуру воды;
оптимальную температуру воды для купания;
наличие дополнительных факторов, влияющих на изменение температуры воды: обогрев воздуха в крытом сооружение, кондиционирование и т.п.

Чтобы рассчитать тепловые потери сооружения, некоторые специалисты рекомендуют использовать методику, изложенную в ДБН В.2.5-67: 2013. Мощность насоса должна на 30% превышать размеры тепловых потерь бассейна.

Эта схема позволяет составить представление о возможных потерях тепла в бассейне в зависимости от воздействия внешних факторов. Чем меньше эти потери, тем более эффективно будет работать тепловой насос

Расчеты эти довольно специфичны, их лучше поручить специалисту. Полезные рекомендации можно получить у опытных специалистов, которые занимаются производством или продажей тепловых насосов. Полезным при выборе теплового насоса будут также сведения о мощности теплообменника устройства.

Выбирая воздушный тепловой насос для подогрева воды в бассейне следует учитывать ряд факторов, которые влияют на степень тепловых потерь здания, например, наличие или отсутствие укрытия

Этот показатель отражает расход тепловой энергии для подогрева воды в бассейне за определенный промежуток времени.

1,16 – поправочный коэффициент тепловых потерь;
ΔT – количество градусов, разделяющее начальный и конечный показатель температуры воды в бассейне, ºС;
t – время работы устройства до тех пор, пока не будет достигнута необходимая температура воды, час;
V – объем купальной чаши, куб. м.

Конечно, эта формула не учитывает ряда таких факторов, как влияние обогрева в помещении крытого бассейна, наличие кондиционирования воздуха, наличие утепления и т.п.

Но при выборе подходящей модели теплового насоса такой расчет может быть очень полезным. В ходе расчетов полезно учесть, что оптимальной для крытого бассейна считается температура воздуха 28 градусов, а температура воды – 24 градуса.

Если изготовить тепловой насос самостоятельно, можно значительно сэкономить, но эффективность таких устройств несколько ниже, чем у моделей промышленного изготовления. Сначала изготавливают отдельные элементы насоса, затем их соединяют в общую систему. Испаритель можно сделать из большого пластикового бака. Внутри устанавливают медный змеевик.

Для изготовления змеевика трубу из меди можно аккуратно намотать на газовый баллон или другой подходящий цилиндрический предмет, чтобы придать ей нужную форму. Таким же образом делают еще один змеевик – для испарителя. Этот элемент помещают внутри еще одного бака, на этот раз металлического, понадобятся сварочные работы.

Компрессор просто покупают или снимают с другого устройства, например, со сломанного кондиционера. Когда эти три устройства готовы, их соединяют в общую систему. Затем компрессор заправляют хладагентом. Остается соединить испаритель с вентилятором, который нагнетает воздух, а конденсатор – к системе подогрева воды в бассейне.

Значительно сложнее в устройстве тепловой насос типа вода-вода. Для его сооружения требуется наличие рядом с участком реки или естественного водоема, если их нет, то бурят скважины. Однако если получать энергию из воздуха невозможно по техническим причинам, этот вариант также будет полезен.

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.