Тепловой насос типа «воздух-воздух» — принцип работы и особенности эксплуатации

Июнь 15, 2016, Energylogia Автор , Категория Отопление, Просмотров: 3 681 Нет комментариев

Тепловой насос типа «воздух-воздух» — ближайший «родственник» всем известных инверторных сплит-систем. Их объединяет одинаковый принцип действия, позволяющий извлекать тепло из холодного воздуха и передавать его напрямую воздушной среде помещения. Разница между этими агрегатами состоит в том, что основной режим работы теплового насоса – обогрев, а кондиционера – охлаждение.

Принцип работы

Инверторные кондиционеры и тепловые насосы типа «воздух-воздух» устроены одинаково, только последние больше «заточены» под режим обогрева, чему способствуют различные доработки конструкции агрегата. В целом алгоритм работы выглядит следующим образом:

  1. Холодный уличный воздух прогоняется осевым вентилятором сквозь многочисленные ребра теплообменника — испарителя, находящегося в наружном блоке системы. Протекающий по нему фреон испаряется, получая порцию тепловой энергии (теплота парообразования).
  2. Газ попадает в расположенный рядом компрессор, сжимающий его до такой степени, чтобы заставить сконденсироваться во втором теплообменнике (конденсаторе), расположенном во внутреннем блоке.
  3. При переходе в жидкое состояние хладон передает полученный заряд тепла (теплота конденсации) внутреннему воздуху, проходящему через конденсатор под воздействием центробежного вентилятора.
  4. Давление жидкого фреона снижается после прохождения расширительного клапана, после чего хладагент снова устремляется в испаритель.

Компрессоры тепловых насосов функционируют по инверторной технологии, снижая либо повышая производительность по команде контроллера. Во время сжатия газообразного фреона компрессор прибавляет собственное тепло к заряду, полученному рабочим телом от наружного воздуха.

 Воздушные тепловые насосы стабильно работают до температуры — 25 °С за бортом, хотя производительность их заметно снижается уже при — 15 °С.

Данный факт подтверждается формулой из курса физики о холодильных машинах:

ξ = Т2 / Т1 – Т2

 
где:

  • ξ — холодильный коэффициент;
  • Т1 — температура среды, получающей тепло, по шкале Кельвина;
  • Т2 — температура охлаждаемой среды по шкале Кельвина.

Холодильный коэффициент идеальной машины показывает, во сколько раз перемещенная с улицы тепловая энергия больше затраченной.

Подставив в формулу поочередно минус 15 и 25 °С (258 и 248 К соответственно) и приняв температуру нагреваемой среды +20 °С (293 К), получим значение холодильного коэффициента 7.3 (для -15 °С) и 5.5 (для -25 °С).

 То есть, на 1 затраченный Джоуль энергии идеальный тепловой насос переносит уже не 7 Дж, а только 5.5 Дж при снижении температуры с -15 °С до -25 °С.

На практике применяется коэффициент энергоэффективности COP, равный отношению тепловой мощности агрегата к мощности затраченной. По смыслу это тот же холодильный коэффициент. Реальный COP воздушного теплового насоса редко достигает 4, а при слишком низкой температуре его значение падает до 2.

Особенности конструкции

Чтобы воздушный отопительный агрегат эффективно работал при морозе до 25 °С, в конструкцию внесены следующие изменения по сравнению с инверторной сплит-системой:

  • увеличены площади поверхности теплообмена испарителя и конденсатора;
  • организована система оттаивания наружного теплообменника;
  • предусмотрен электрический подогрев компрессора и поддона, куда стекает большое количество конденсата из испарителя;
  • вместо роторных компрессоров применяются более долговечные и надежные агрегаты спирального типа;
  • изменена конструкция крыльчатки вентилятора с целью уменьшить шум, идущий от наружного блока;
  • марка применяемого фреона — R410A.

Чтобы избавиться от энергозатрат на подогрев поддона, ведущие производители климатической техники внедряют такое решение, как свободно подвешиваемый теплообменник. Например, в моделях тепловых насосов Altherma известного бренда Daikin поддон отсутствует вовсе.

Достоинства и недостатки

Отопительная установка типа «воздух-воздух» радует относительно низкой стоимостью на фоне более дорогих систем схемы «вода-вода», это ее главное преимущество. Но есть и другие:достоинства установок типа "воздух-воздух"

  • Быстрота монтажа. Бригада специалистов из 2—3 человек смонтирует и наладит работу воздушной системы за 1 день.
    Как и бытовой кондиционер, тепловой насос данного типа устанавливается в любых зданиях, вплоть до квартир многоэтажных домов.
  • Отсутствие радиаторов и трубопроводов отопления внутри дома. Из пункта №2 следует экономия средств, которые не придется вкладывать в устройство водяного отопления.
  • Подача горячего воздуха позволяет быстро обогреть помещения.

Воздушные тепловые насосы — оптимальный вариант для зданий с малой тепловой инерцией (каркасных и деревянных домов, жилищ из SIP панелей), расположенных южнее зоны умеренного климата. Причина — в падении производительности при низких температурах, когда при расходе 1 кВт электричества удается переместить не больше 2 кВт теплоты извне.

Единственная слабая сторона установок, черпающих возобновляемое тепло из воздуха — зависимость их эффективности от условий окружающей среды. Тепловые насосы других систем в этом плане надежнее, но и по стоимости существенно дороже (в 3—4 раза).

Нюансы монтажа и эксплуатации

Для монтажа в помещениях применяются внутренние блоки различных конструкций:

  • настенные, как в бытовых сплит-системах;
  • кассетные, монтируются к потолку и распределяют воздух в 4 стороны;
  • подвесные;
  • канальные, встраиваются в воздуховоды;
  • напольные.

Выбор осуществляется в зависимости от мощности теплового насоса, количества внутренних блоков и требований к интерьеру. Наружные блоки малых габаритов подвешиваются к стене, больших – ставятся на отдельный фундамент.

 При подвесе внешнего блока важно выдержать высоту от уровня земли до аппарата, указанную в инструкции. Иначе образующийся под блоком лед может вывести его из строя.

Теплообменная установка типа «воздух-воздух» не нуждается в постоянном внимании, а обслуживание выполняется 1 раз в год. В процессе эксплуатации надо отслеживать такие моменты:

  • Из наружного блока вытекает большое количество конденсата и на земле под ним образуется ледяной сталагмит. Его необходимо сбивать, чтобы не испортилась внешняя отделка стены.
  • Несколько раз за сезон нужно открывать панель внутреннего блока для проверки состояния фильтров и турбины вентилятора. Фильтры можно промывать самостоятельно.
  • Очистку турбины, внутренних элементов и поддона рекомендуется поручать специалистам сервисного центра.
 Ежегодное обслуживание включает в себя проверку давления фреона в системе, осмотр элементов внешнего блока на предмет масляных пятен, а также очистка и смазка осевого вентилятора.

Ценовая политика

Стоимость надежных тепловых насосов «воздух-воздух» известных моделей, таких как Mitsubishi Zubadan или Daikin Altherma, стартует от 1800 у. е. Китайские аналоги обойдутся вдвое дешевле, но к их качеству и надежности есть масса вопросов.

Цена монтажных и пусконаладочных работ зависит от мощности отопительной установки, количества и типа внутренних блоков. Минимальная стоимость сопоставима с монтажом кондиционера — 150 у. е.

Отзывы реальных владельцев

Большая часть домовладельцев, установивших себе теплообменные агрегаты «воздух-воздух», хорошо разобрались в нюансах их работы, отсюда и конструктивные отзывы:

ТН марки Mitsubishi, выдает до 4 кВт при расходе электричества 1 кВт, пока температура не упадет до -15°. Тогда больше 3 кВт тепла не получается, а расход увеличивается до 1.5 кВт. При минус 25 на улице выгоды от него 500 Вт/ч, так что начинаю топить котел. В общей сложности котел горит месяц в течение всего сезона, так что выгода все равно есть.
У меня прежняя модель Зубадана, где жалюзи неразделены, 2 года в работе. Тепло на халяву, куда дешевле, чем газом топить мой финский дом 60 квадратов. До -10 °С вообще никаких проблем, после -15° уже не хватает ТН, дом плохо утеплен, на этот случай есть печка. Вдобавок у нас частые перепады напряжения, до 165 В падает, аппарат работает без проблем.
Сначала обогревал офис электрическими конвекторами, потом купили инвертор «воздух-воздух» от Daikin. По совету спецов, поставили автоматику, она отключает ТН при морозе -15° и включает обогрев конвекторами. Ударные морозы случаются ночью, а у меня ночной тариф по электрике действует. Как результат — примерно в 3 раза снизились затраты на отопление.

Из практического опыта пользователей можно сделать вывод, что от воздушных тепловых насосов не стоит ожидать чудес и «Ташкента» в здании при морозе -15° и ниже на улице. Но в южных регионах либо совместно с традиционными системами отопления оборудование действительно отрабатывает свои деньги по полной.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *