Повітряні теплові насоси
Повітряні теплові насоси об'єднуються загальним принципом роботи. Однак для різних конструкцій вартість обладнання і окупність вкладень істотно розрізняються.
Классификация воздушных тепловых насосов
Теплонасосы воздушного типа делятся на два основных вида:
1. Воздух – воздух
2. Воздух – вода
Общий принцип работы
Принцип работы воздушников соответствует общей схеме работы теплонасосов – низкопотенциальное тепло извлекается из одной среды, трансформируется и передается среде, потребляющей тепловую энергию. При этом, воздушные установки имеют свои особенности.
Среда, служащая источником тепла – воздух улицы или, как частный случай, производственного помещения с избыточным теплом. Из этой среды, тепло извлекается и через теплообменник поступает в тепловой насос. Полученное тепло передается на отопление или подогрев воды для хозяйственных потребностей.
Для обогрева помещений и существуют два вида распределения тепла:
- Воздушное – в тепловых насосах воздух/воздух;
- Через систему центрального отопления – в установках типа воздух/вода.
С такой экологически чистой и надежной системой потребитель получает пользу за счет эффективного преобразования электрической энергии в тепловую. Эффективность преобразования энергии характеризуется коэффициентом преобразования энергии – COP.
В зависимости от температуры среды, из которой поступает воздух, COP воздушных установок колеблется от 2,0 до 7,0, т.е. на 1 кВт затраченной электроэнергии на функционирование системы получаем от 2 до 7 кВт тепла. Среднее годовое значение COP воздушных тепловых насосов европейского производства составляет 1:4.
Главное преимущество систем воздушного типа перед геотермальными собратьями – для их работы не нужно бурить скважины или обустраивать геотермальное поле с горизонтальным грунтовым коллектором. Экономится не только пространство, но и 50% вложений в установку системы.
Кроме этого, теплонасосы воздушные активнее применяются в климатических зонах с умеренным и мягким климатом. Теплая зима со средней месячной температурой от 0 до –5 °C позволяет использовать их в качестве основного источника тепла.
Для страховки, при непродолжительных морозах, система догревается газом или другим котлом с традиционным топливом. Современные модели тепловых насосов, устанавливаются в сочетании с многофункциональными распределительными емкостями, которые выполняют роль умного управления всей системой.
Такие емкости имеют электрические тэны, которые и служат страховкой в период особенно низких температур, работая как обычный электрокотел.
Конструкции систем оборудования воздушного типа занимают в доме минимум пространства – их основная рабочая часть находится на улице. А в помещении располагается только блок электроники, сплит-система воздух — воздух или буферная ёмкость системы типа воздух — вода.
Простота установки и комфорт обслуживания сделали теплонасосы современной альтернативой системам, сжигающим топливо. С ними уже не нужно беспокоиться об отоплении своего дома, а направить свои силы и энергию на более важные дела.
Будущее за новыми возможностями, которые дают тепловые насосы.
Тепловые насосы воздух – вода
Назначение тепловых насосов «воздух-вода»
Воздушные тепловые насосы типа воздух – вода извлекают тепловую энергию с низким потенциалом из окружающего воздуха и передают её на внутренний водяной контур системы отопления и горячего водоснабжения.
Воздух является непрерывно возобновляемым источником тепловой энергии. Даже при сильном морозе он содержит низкопотенциальное тепло. И чем выше температура среды, тем больше тепла можно из неё извлечь. Поэтому, эффективность теплонасосов типа воздух – вода пропорционально изменяется при изменении внешней температуры.
В климатическом поясе с мягким и умеренным климатом воздушные тепловые насосы экономически более эффективны, чем в местах с суровой зимой, т.к. при температурах до – 10 °C они полностью справляются с отоплением.
Для примера на графике показана кривая количества часов в году с различной температурой воздуха в средней полосе Украины.
Низкие температуры бывают не более 100 часов в год.
Преобразованное теплонасосом воздух/вода тепло передаётся не напрямую в обогреваемое помещение, а через буферную теплоаккумулирующую ёмкость. Благодаря этому, воздушные тепловые насосы этого типа устанавливаются в одну комбинированную систему отопления и ГВС с другими источниками тепловой энергии – котлами, солнечными коллекторами. В зависимости от потребности и конкретной ситуации они являются основным или дополнительным теплогенератором. Это позволяет оптимизировать расходы на отопление в зависимости от температуры на улице: при 0 °С ± 10 °С использовать экономичную энергию теплонасоса, а при морозах ниже –10 ÷ –15 °C догревать систему традиционным котлом на органическом топливе.
Виды теплонасосов «воздух/вода»
По степени выдачи тепла и нагрева воды
Выделим два вида оборудования: низкотемпературное – нагревает теплоноситель на подаче до 60 °C и высокотемпературное – до 80 °C.
Низкотемпературные теплонасосы применяют в системах отопления с тёплым полом или фанкойлами. Высокотемпературные установки имеют дополнительный компрессор и теплообменник. Более эффективны при отоплении радиаторами и для нагрева больших объёмов воды – например, бассейнов.
По исполнению блоков
Воздушные тепловые насосы воздух вода бывают:
- С единым наружным блоком, в котором помещаются все рабочие узлы: теплообменник, испаритель, компрессор.
- С разделёнными наружным и внутренним блоками. Компрессор с испарителем стоят в первом, а конденсатор – во внутреннем.
- Наружный блок + многофункциональная буферная ёмкость, которая служит не только для сбора полученной энергии от разных источников, но и для оптимизации распределения тепла.
Преимущества
- Относительно низкие затраты на установку – монтаж без внешних коммуникаций – скважин или геотермального поля.
- Простой монтаж и подключение.
- Подогрев воды для бытовых нужд.
- Комбинирование с другими источниками тепла в одной системе.
Недостатки
- Снижение COP при понижении температуры.
Стоимость и окупаемость вложений
Расходы на установку теплового насоса «воздух – вода» относительно низкие, по сравнению с грунтовыми видами оборудования – для подключения не требуется бурить скважины или прокладывать геоконтуры горизонтального типа в грунте.
Цена оборудования составит от 400 ÷ 500 евро за каждый киловатт тепловой энергии. Т.е. Тепловой насос мощностью 8 кВт обойдется примерно в 3200 ÷ 4000 евро.
Срок окупаемости оборудования зависит от расхода тепла помещением. Чем больше потребление, тем больше экономии средств в абсолютной величине, тем скорее окупятся вложения.
В среднем, инвестиции возвращаются за 7÷10 лет.
Эксплуатация и обслуживание
Срок службы тепловых насосов не менее 25 лет.
Теплонасосы типа воздух – вода не требуют особенного обслуживания. Достаточно визуального наблюдения за состоянием блоков и очистки от внешних загрязнений, защиты наружных элементов от обледенения, снежных заносов.
Наружные блоки устанавливают на подставки высотой до 50 см или крепят на стену, в местах, защищённых от ветра с низкой вероятностью образования сугробов.
Чтобы электроника работала корректно, важно предотвратить перепады напряжения в сети – устанавливаются трансформаторы напряжения.
Экология
При работе любого теплового насоса нет опасных выбросов в атмосферу. Окружающая среда остаются экологически чистой.
Перспективы
Тепловые насосы воздух – вода являются самыми перспективным видом оборудования для отопления для климата Украины. Возобновляемость источника тепла, экономичность и производительность оборудования делают этот альтернативный вид отопления безальтернативным в ближайшем будущем!
Тепловые насосы воздух – воздух
Назначение
Воздушные тепловые насосы типа «воздух – воздух» преобразуют низкопотенциальную энергию из окружающего воздуха и переносят её в воздушную канальную систему отопления внутри помещения.
Воздух является возобновляемым источником природного тепла. Задача теплонасоса – преобразовывать и перенаправлять это тепло на хозяйственные потребности.
Этот вид воздушного отопления больше подходит для помещений с большими площадями открытых пространств: торговых залов бизнес-центров, производственных помещений и складов.
Особенности тепловых насосов «воздух/воздух»
Главная особенность систем тепловых насосов воздух/воздух – работа в двух режимах: на отопление или на охлаждение.
У воздушников коэффициент преобразования энергии COP – сильно зависит от температуры исходной среды и плавно изменяется от 1,0 до 5,0. Кривая значений COP для каждого агрегата рассчитывается индивидуально и указывается производителем в паспорте изделия.
В качестве основного источника тепловой энергии максимальную отдачу такие установки приносят в южных широтах с мягким климатом, где средняя температура зимой выше 0 °C.
Если средние температуры зимой ниже, то этот вид систем используют в качестве дополнительного нагрева и для активной работы в межсезонье.
В отличие от инверторных кондиционеров тепловые насосы типа воздух-воздух более эффективны при отоплении, чем при охлаждении. Кроме этого, теплонасосы эффективно преобразуют энергию при уличной температуре до –15 °С, а до –25 °С их COP снижается до 1,1 – уровня обычного кондиционера или электрического котла.
Конструкция тепловых насосов отличается:
- Увеличенной площадью теплообменника;
- Наличием системы оттаивания внешнего теплообменника, подогревом компрессора и поддона;
- Спиральные компрессоры вместо роторных;
- Формой крыльчатки вентилятора, который работает тише.
Наружный блок
Размер наружного блока воздушного теплонасоса зависит от мощности установки. Небольшие блоки, весом до 50 кг крепятся на стену здания; более тяжёлые – устанавливается на прочное капитальное основание (фундамент или консоль).
Варианты конструкций внутренних блоков
- Сплит-системы – устанавливаются на стены.
- Кассетные распределители воздуха – крепятся на потолок.
- Подвесные – крепятся на подвесках к потолку.
- Канальные системы, устанавливаются непосредственно в воздушные короба.
- Напольные блоки.
Достоинства
- Относительно низкая стоимость – от 200 евро за каждый киловатт тепловой мощности.
- Для установки не требуются дорогостоящие коммуникации и дополнительное оборудование.
- Скорость и простота установки: подобно установке бытового кондиционера.
- Для установки не требуется дополнительная площадь вне помещения. Можно устанавливать на любых объектах, в т.ч. В квартирах многоэтажных домов.
- Простое и лёгкое обслуживание, подобно бытовым кондиционерам.
Недостатки
Эффективно работают только при температурах выше –5 °C.
Обслуживание не реже 1 раза в сезон включает
- Чистка фильтров внутреннего блока;
- Чистка поддона для сбора конденсата;
- В зимнее время следить, чтобы не собиралось обледенение внешних поверхностей наружного блока.
Перспективы
Тепловой насос типа воздух-воздух стал разумной альтернативой традиционным видам отопления благодаря своей простоте и невысокой стоимости. Вложения в покупку и установку системы вернуться через 4-5 лет. При этом сохраняется комфорт и надёжность отопления.