Как выбрать и установить тепловой насос воздух-воздух своими руками?

Подробнее о достоинствах и недостатках смотрите видео:

Тепловой насос «воздух-воздух» — отопление при морозе -20°С

Одним из наиболее простых и доступных видов тепловых насосов является система «воздух-воздух», относительно недорогая и простая в установке и эксплуатации.

Устройства такого типа получили широкое распространение благодаря своей универсальности и большим возможностям, ценовой доступности. Эффективность и надежность систем «воздух-воздух» заслуживают подробного изучения.

 Работу теплового насоса «вода-вода» мы рассмотрели в этой статье, а «воздух-вода» в этой.

Тепловой насос «воздух-воздух» для дома

Системы «воздух-воздух» наиболее известны широкому пользователю как кондиционеры (точнее, сплит-системы). Несмотря на обилие названий, речь идет об одном и том же устройстве, в основе конструкции которого лежит использование цикла Карно.

Он описывает процессы, проходящие при последовательном испарении жидкости, сильном сжатии полученного газа, конденсировании и повторного образования жидкости. Во время сжатия температура газа сильно повышается, а при испарении жидкости — понижается.

Эти два явления используются в холодильниках, кондиционерах и тепловых насосах, только в двух первых случаях полезным продуктом служит холод, а в последнем — тепло.

Принципы работы

Основу конструкции ТН «воздух-воздух» составляет замкнутый контур, заполненный хладагентом (фреоном). Этот контур состоит из двух частей, испарителя и конденсатора.

В испарителе жидкий фреон переходит в газообразное состояние, активно отбирая у окружающей среды тепловую энергию. Полученный газ подается в компрессор, где сильно сжимается, отчего его температура повышается. Из компрессора горячий газ переходит в конденсатор, где переходит в жидкую фазу.

После этого фреон пропускается через понижающий клапан и поступает в испаритель, и весь цикл повторяется снова.

Обратите внимание

Испаритель и конденсатор параллельно выполняют функцию теплообменников. На испаритель подается воздушный поток, взятый снаружи. Тепловая энергия при этом передается холодному газообразному фреону, позволяя ему высвободить ее при сжатии. На конденсатор также подается поток воздуха, но уже изнутри помещения. Обдувая горячий теплообменник, воздух набирает температуру и обогревает помещение.

Таким образом, для работы теплового насоса типа «воздух-воздух» требуется только замкнутый контур с фреоном и два вентилятора, что значительно упрощает и удешевляет конструкцию в сравнении с другими разновидностями тепловых насосов. Если надо охлаждать помещение, то внутрь подается воздух из испарителя, а поток с конденсатора выводится наружу.

Достоинства и недостатки

К достоинствам воздушных тепловых насосов можно отнести:

  • универсальность. Система может охлаждать или нагревать помещение без каких-либо изменений или сложной перенастройки
  • экологическая чистота. Для работы системы не требуется углеводородного топлива, не используются опасные для окружающей среды вещества
  • простота конструкции. Установка приобретенного теплового насоса не составляет никакого труда
  • возможность самостоятельного изготовления
  • эффективность. Воздушное отопление быстро нагревает помещение и обладает низкой инерцией, что позволяет при необходимости быстро его охладить
  • экономичность. Расходы на электропитание компрессора и вентиляторов многократно окупаются
  • низкие цены. В сравнении с другими типами тепловых насосов, этот вариант самый дешевый
  • пожарная безопасность

Выбор насоса по мощности зависит от потребности

Можно рассчитать по формуле:

  • Самая высокая температура воздуха зимой,
  • Разница между температурой воздуха на улице высчитывается с разницей в помещении,
  • Рассчитывают тепловые потери стен.

Полученный результат и станет необходимой, минимальной мощностью для вашего дома.

Второй расчет – выбор нужного объема для накопительного котла. Эту часть отопительной системы рекомендуют монтировать так, чтобы насос мог работать ограниченное число циклов. В дополнительных документах к тепловому насосу есть советы для объема аккумулятора определенного количества показателей циклов. Общая цифра равна 30 литрам на 1 киловатт за три запускания, 20 литров при пяти. Получится что, для жилого дома минимальный объем накопительного бака 400 литров теплового насоса в одни сутки.

Автономность отопительной системы

  1. Лидирует электрическое отопление. И современные электрокотлы, и системы распределенного обогрева (электрические теплые полы, конвекторы, электрорадиаторы и т.д.) способны работать без обслуживания неограниченно долго. Их текущая мощность может гибко подстраиваться под текущую потребность в тепле благодаря работе термостатов;

Электрическое отопление: настроил и забыл

  1. Газовые котлы и конвекторы проигрывают электрическому оборудованию по удобству использования весьма незначительно: они требуют отвода продуктов сгорания, что предполагает монтаж вблизи дымохода или внешней стены дома. Кроме того, газовое оборудование с питанием от газгольдера или баллонов нуждается в периодическом пополнении запаса топлива;
  2. Дизельный котел работает автономно вплоть до исчерпания запаса солярки. В его недостатки стоит записать громкий шум горелки, необходимость хранения большого объема дизтоплива и его специфический запах;

Топливные баки в дизельной котельной

  1. Автоматические угольные и пеллетные котлы благодаря подаче сыпучего топлива из бункера обладают автономностью до 7-10 дней;
  2. Твердотопливные котлы верхнего горения снижают планку до 24-36 часов;
  3. Пиролизные котлы с традиционной загрузкой топлива работают на одной его закладке до 12 часов;
  4. Наконец, традиционные твердотопливники нужно растапливать раз в 4-6 часов.

Впрочем: периодичность растопок можно заметно увеличить, включив в схему отопления теплоаккумулятор — теплоизолированный водяной бак значительного объема.

Читайте также:  Как самостоятельно сделать кирпичную печь в гараже

Запасенное гидроаккумулятором тепло позволит многократно увеличить периодичность растопок

Итак, электричество с точки зрения удобства использования отопительной системы было бы идеальным, если бы не высокая стоимость киловатт-часа тепла. Можно ли ее снизить?

Преимущества тепловых насосов

Воздушный и геотермальный тепловые насосы Heliotherm

Тепловой насос – устройство, которое забирает низкопотенциальное тепло из воздуха, грунта или воды и, предварительно подогрев его, переносит в дом. Особенность тепловых насосов в том, что они способны отопить дом зимой, а летом – охладить его. Кроме того, такое оборудование обеспечивает бесперебойное горячее водоснабжение.

То есть для работы теплового насоса не нужен дорогой газ или пелеты. Чтобы отопить дом, данное оборудование использует бесплатное тепло атмосферы и всего лишь немного электрической энергии для работы компрессора.

В итоге получается самая энергоэффективная система отопления дома на тепловом насосе, в пользу которой говорят следующие факты:

1. Постоянно обеспечивает теплом ваш дом в холодное время года. Интенсивность и время отопления можно регулировать удаленно с помощью смартфона или автоматически, в зависимости от температуры за окном.

2. Имеет функцию пассивного охлаждения летом при практически нулевых затратах на электрическую энергию. Чистый и свежий воздух – залог здоровья и благополучия обитателей частного дома.

3. Бесперебойно снабжает весь дом свежей горячей водой, которой будет достаточно для всех проживающих в помещении.

Обязательно нужно отметить то, каким именно образом происходит отопление дома тепловым насосом. Оборудование может передавать тепло в дом такими способами, как:

  • традиционное радиаторное отопление;
  • отопление с использованием системы теплых полов и стен;
  • комбинированные способы отопления;
  • воздушное отопление по системе вентиляционных каналов.

Практика показывает, что наиболее эффективный вариант отопления дома тепловым насосом – это применение системы теплых полов и стен. Такой способ отопления помещений наиболее эффективен и позволяет постоянно поддерживать комфортную температуру во всем доме.

Принцип действия теплового насоса

Теплоноситель нагревается от источника низкопотенциального  (5…10 °С) тепла. Насос сжимает хладагент, температура которого при этом повышается (50…60 °С) и нагревает теплоноситель системы отопления или ГВС.

В процессе работы ТН задействованы три тепловых контура:

  • наружный (система с теплоносителем и циркуляционным насосом);
  • промежуточный (теплообменник, компрессор, конденсатор, испаритель, дроссельный клапан);
  • контур потребителя (циркуляционный насос, тёплый пол, радиаторы; у ГВС – бак, точки водоразбора).

Сам процесс выглядит следующим образом:

Контур съёма тепловой энергии

  1. Грунт нагревает солевой раствор.
  2. Циркуляционный насос поднимает рассол в теплообменник.
  3. Раствор охлаждается хладагентом (фреоном) и возвращается в грунт.

Теплообменник

  1. Жидкий фреон, испаряясь, забирает тепловую энергию у рассола.
  2. Компрессор сжимает хладагент, его температура резко повышается.
  3. В конденсаторе фреон через испаритель отдаёт энергию теплоносителю отопительного контура и снова становится жидким.
  4. Остывший хладагент, через дроссельный клапан уходит к первому теплообменнику.

Отопительный контур

  1. Подогретый теплоноситель отопительной системы подтягивается циркуляционным насосом к рассеивающим элементам.
  2. Отдаёт тепловую энергию воздушной массе помещения.
  3. Остывший теплоноситель по обратной трубе возвращается к промежуточному теплообменнику.

Видео с подробным описанием процесса:

Виды теплообменников геотермальных систем отопления

Горизонтальный теплообменник

Горизонтальный теплообменник геотермальной системы отопления

Трубы горизонтального контура укладывают на глубину превышающую толщину слоя промерзания почвы.

Укладка горизонтального теплообменникаУкладка горизонтального теплообменника в траншеи

Такой вариант теплового контура оптимален, когда есть большая площадь приусадебного участка без садовых насаждений (деревьев). Прокладка трубы контура не допускается на расстоянии менее 1,5 м от кроны дерева.

При отоплении дома в 250 м2 понадобится площадь в 600 м2 для размещения теплообменного контура. А такая площадь не всегда доступна. Особенно в густонаселенных коттеджных городках.

Этот фактор можно назвать недостатком такого типа теплообменника .

Вертикальный теплообменник

Вертикальный теплообменник геотермальной системы отопления

Вертикальный теплообменник — роскошь, которую, возможно, сможет позволить себе не каждый застройщик. Для «обустройства» такого теплообменника понадобится специальное бурильное оборудование.

Геотермальные зонды

Контур теплообменника опускается в скважину глубиной 50-200 м. Для увеличения тепловой мощности используют несколько таких скважин, трубопроводы которых соединены через специальные коллекторные узлы.

Преимуществом организации такой системы контура теплообменника можно назвать возможность работ на обустроенной территории — такой способ не повредит существующий ландшафт.

Теплообменник, размещенный в воде

Этот вариант наиболее экономичен в монтаже – нет необходимости выполнять землекопные работы, но требует наличия водоема площадью не менее 200 м2 на расстоянии не более 100 м от дома. Трубы контура укладывают на глубину, большую глубины промерзания (не менее 2-3 м) на дно.

Элемент конструкции горизонтального теплового насоса

Геотермальные насосы

Геотермальные тепловые насосы можно разделить на два типа – замкнутый и открытый. При этом система открытого типа предназначена для нагрева воды, проходящей через тепловой насос, причем после прохождения по системе вода выводится в землю.

Такая система будет идеально работать при наличии большого объема чистой воды с учетом того, что ее потребление не будет наносить вред окружающей среде, и не будет вступать в противоречие с действующим законодательством.

Замкнутые системы, в свою очередь, можно классифицировать по следующим типам:

  • Геотермальный с горизонтальным расположением, когда коллектор размещается в траншее ниже глубины промерзания грунта, в среднем, глубина находится в пределах полутора метров. Коллектор следует укладывать кольцами для того, чтобы свести к минимуму земляные работы и обеспечить большой контур на маленькой площади. Этим способом можно пользоваться при наличии свободных земельных участков.
  • Геотермальный с вертикальным расположением, когда коллектор размещается на глубине до 200 метров в скважине. Данный способ используется при отсутствии свободных земельных площадей, соответствующих требованиям устройства горизонтального расположения коллектора, что нередко случается при неровном ландшафте местности.
  • Геотермальный водный – в этом случае коллектор помещается в водоем ниже глубины его промерзания, укладка также выполняется кольцами. Ограничением применения такой системы может быть только минимальный объем воды или недостаточная глубина водоема.
Читайте также:  Замена газового котла в частном доме правила 2019 цена

Классификация агрегатов

Прежде чем определится, какой насос устанавливать на своём участке, нужно изучить их классификацию. Геотермальный насос может относиться к двум категориям:

  • замкнутой;
  • открытой.

Замкнутые контуры

Большинство геотермальных тепловых насосов имеет замкнутый контур и делится на модификации:

  • горизонтальную;
  • вертикальную;
  • водную;
  • технологию прямого обмена.

Если площадь земельного участка позволяет, лучше всего избрать горизонтальный тип устройства геотермального обогревателя. Такая модификация более всего финансово выгодна, если нет ограничений по территории.

Большим спросом пользуются замкнутые контуры

Трубы горизонтального коллектора закладываются «змейкой» или кольцеобразно в проложенных на глубине не менее 1,2 м (чтобы не допустить промерзания) траншеях.

Вертикальный коллектор устанавливается (на глубину до 200 м), если недостаточно площади для горизонтального монтажа и нежелательно портить ландшафт. Кроме того, глубинный коллектор обеспечивает более стабильный теплообмен в любое время года.

Самим дешёвым вариантом является размещение геотермального коллектора на дне водоёма (озера, пруда, реки). Трубы укладываются так же, как и при обустройстве горизонтального насоса, — «змейкой» или кольцами.

При выборе этого варианта нужно обязательно учитывать требования к глубине и объёму водоёма по конкретному региону.

Прямой обмен

Особенностью системы прямого обмена является отсутствие в ней водяного насоса и отдельного отопительного контура. Жидкость-хладагент циркулирует здесь в медных трубах без промежуточного перехода, напрямую передавая тепло из глубины земли в грунт через их стенки. Это уменьшает стоимость эксплуатации коллектора благодаря снижению потребления электричества и отсутствию потерь энергии через теплообменник. Система имеет высокую эффективность благодаря высокой теплопроводности меди и ограничивается только более низкой тепловой проводимостью земли.

Такая система из-за упрощённой конструкции имеет более низкую стоимость монтажа. Но одновременно для неё требуется повышенное количество хладагента, а медный трубопровод является самим дорогим вариантом среди применяемых в геотермальных установках.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Земные недра – известный с древнейших времен источник тепла. На глубине 6 метров от поверхности грунта начинается область стабильной температуры, которая круглогодично равняется средней годовой температуре атмосферы региона (примерно +15 ⁰С в умеренной климатической зоне). Поговорим про минусы геотермального отопления.

Сегодня тепло Земных недр активно используется для организации геотермального отопления.

Разумеется, несмотря на неиссякаемость тепловой энергии грунта, организация геотермального отопления сопряжена со множественными сложностями, как технического, так и экономического характера.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

С точки зрения финансовой выгоды, установка геотермальной системы уступает традиционному твердотопливному, газовому и электрическому обогреву.

Главные недостатки геотермального отопления

1. Необходимость электрической энергии. Простейшая геотермальная система требует для получения 4 (кВт) тепловой энергии не менее 1 (кВт) электричества.

Забор тепла от грунта не происходит сам по себе. Для теплообмена обязательно и непременно используется насос. Случись что с электросетью, отопительный контур сразу перестанет обеспечивать объект теплом, так как тепловой насос остановится без электропитания.

2. Низкий уровень теплоотдачи. Традиционная горизонтальная система геотермального отопления, которая уходит под землю на глубину 15-30 метров, обеспечивает лишь 40 (Вт) тепловой энергии с каждого погонного метра подземной магистрали.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Для получения 4 (кВт) тепловой энергии нужно задействовать не менее 100 (м) трубопроводного контура. Если же планируется отапливать объект общей площадью 250 (м2) (высота потолка 2,5-3 метра), нужно задействовать систему отопления мощностью не менее 27,5 (кВт). Для работы такого оборудования понадобится минимум 688 метров погонных подземного трубопровода.

Это далеко не все недостатки геотермального теплового насоса.

3. Ограниченная сфера применения. Геотермальное отопление возможно установить далеко не на каждом объекте. К примеру, отапливать отдельную квартиру в многоэтажке или какой-нибудь магазин в центральных районах города точно не получится. Разрабатывать грунт на территории густонаселенных жилмассивов вряд ли кто-то разрешит.

Другое дело, если геотермальное отопление организовывается на территории жилищного объекта из частного сектора или для какого-нибудь предприятия на окраине города.

4. Высокая стоимость установки геотермального отопления. Само оборудование для организации геотермального отопления стоит минимум в 10 раз дороже аналогичной по мощности газовой техники.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Но покупка оборудования является далеко не полной статьей расходов. В сумму установки геотермального отопления нужно дополнительно включить расходы на создание и обустройство подземных коммуникаций. Не нужно забывать и про пусконаладочные работы, а также обслуживание.

Геотермальное отопление обходится очень дорого.

5. Длительная окупаемость. Срок окупаемости среднестатистической геотермальной системы во многом превышает 10-15 лет. Большой срок окупаемости обусловлен высокой стоимостью оборудования и монтажа коммуникаций.

Для сравнения, традиционный бытовой газовый котел мощностью до 12 (кВт) окупается в среднем за 5 лет.

Вывод

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Конечно, минусы данного типа отопления хорошенько компенсируются преимуществами геотермальных систем. Стоит отметить, что геотермальное отопление не наносит вреда экологии. Если вы приверженец “зеленой энергетики” и не сильно ограничены в бюджете, то грех не использовать геотермальную энергию.

Еще одним важным преимуществом геотермальных коммуникаций является неприхотливость к обслуживанию. Так же как и к хорошему холодильнику, к геотермальному насосу можно не подходить для сервиса на протяжении первых 30 лет точно.

Как выбрать

Перед тем, как купить воздушный тепловой насос, нужно понимать, нужен ли он вам вообще. Если вы все-таки решили приобрести подобную установку, то стоит знать, какие параметры нужно учитывать при выборе и быть осведомленным об основных правилах покупки климатического оборудования.

  • Назначение теплового насоса «воздух-воздух» — это основной параметр, который должен учитываться при покупке.
  • Четко определитесь, какую площадь необходимо обогреть, установка должна справляться с требуемой задачей, иначе о тепле в доме можно забыть.
  • Учитывайте общие климатические показатели региона и сопоставьте их с характеристиками выбранной модели.
  • Нельзя забывать об уровне теплоизоляции и коэффициенте потери тепла.
  • Предполагаемый уровень нагрузки на установку. Нельзя чтобы воздушный топливный насос работал без перерыва, пытаясь повысить температуру до требуемой. Это приведет к скорому выходу его из строя.
  • Хочу сказать, что не стоит приобретать модели, которые не соответствуют требованиям вашего жилья. Такой тепловой насос не обеспечит вашей семье должного комфорта и уюта.
  • Ну и, конечно, самый банальный совет. При покупке теплового насоса обращайте внимание на производителя. Лучшими считаются европейски и японские модели, китайские прослужат на порядок меньше. Однако и стоимость их будет ниже. Учитывайте отзывы покупателей и не забывайте о гарантийном обслуживании.

Если вы еще не знакомы со статьей моего коллеги о промерзании водопровода и основных способах его предотвращения, то вам сюда.

Надеюсь, моя сегодняшняя статья была вам полезна и понятна. В ближайшем будущем мы рассмотрим водяной тепловой насос для отопления и решим, какой из вариантов лучше. Если у вас есть какие-либо вопросы по данной теме, то прошу написать их в комментариях. Я с удовольствием всем отвечу.

Плюсы и минусы

К преимуществам применения теплонасоса можно отнести:

  1. Возможность применения в отдалённых посёлках, где нет газопровода.
  2. Экономичное расходование электроэнергии только на работу самого насоса. Затраты значительно ниже, чем при использовании электроприборов для отопления помещения. Тепловой насос потребляет энергии не больше, чем бытовой холодильник.
  3. Способность использования в качестве источника энергии дизельного генератора и солнечных батарей. То есть при аварийном отключении электроэнергии обогрев дома не прекратится.
  4. Автономность системы, в которую не нужно доливать воду и контролировать работу.
  5. Экологичность установки. В процессе работы насоса не образуются газы, и нет выбросов в атмосферу.
  6. Безопасность работы. Система не перегревается.
  7. Универсальность. Можно установить теплонасос, работающий на нагрев и охлаждение.
  8. Долговечность эксплуатации. Компрессор требует замены один раз в 15 – 20 лет.
  9. Освобождение помещения, которое предназначалось под котельную. Кроме того, нет необходимости приобретать и хранить твёрдое топливо.

Недостатки тепловых насосов:

  1. Установка стоит дорого, хотя и окупается в течение пяти лет;
  2. В северных районах понадобится использование дополнительных отопительных приборов;
  3. Грунтовая установка хоть и незначительно, но нарушает экосистему участка: использовать территорию для сада или огорода не получится, она будет пустовать.

Отзывы владельцев тепловых насосов можно прочитать здесь:

Этапы монтажа

Тепловой насос своими руками можно сделать полностью из старых запчастей, взятых, например, из нерабочего кондиционера.

Расходы, окупаемость, мощность

Заводской прибор стоит около 4000 евро и выше. Самодельный насос для отопления 100 м² площади окупится приблизительно по прошествии 2-х лет. Для домов с не очень хорошей теплоизоляцией мощность должна быть 75 Вт/м²., с хорошей теплоизоляцией достаточно — 50 Вт/м², а при использовании современных теплоизоляционных материалов — хватит и 30 Вт/м².

Идеальным вариантом будет, когда насос включается в проект для отопления дома с наличием теплого пола и плиточного покрытия.

Процесс создания

Сначала нужно достать компрессор от нерабочего кондиционера, необязательно нового. Дешевле будет приобрести его в мастерских по ремонту холодильников. Компрессор крепится к стене кронштейнами (подойдет L-300).

Для изготовления конденсатора подойдет бак из нержавейки на 100–120 л. Он разрезается пополам, внутри устанавливается змеевик. Змеевик можно изготовить самому из сантехнической медной трубки или от холодильника. Тут нужны толстые стенки – от 1 мм и больше. Трубка наматывается на обычный баллон (газовый, кислородный) с равномерным расстоянием между витками и фиксируется в таком положении перфорированным алюминиевым уголком (им оформляются углы под шпаклевкой). Он приматывается к змеевику, чтобы каждый виток располагался против дырки в уголке.

В результате будет ровный шаг витков и прочность конструкции. После создания змеевика половинки емкости свариваются. Резьбовые соединения также ввариваются. Затем создается испаритель. Для него может подойти обычная пластиковая емкость на 60–80 л. с вмонтированным внутри змеевиком из трубы диаметром ¾ дюйма. Простые трубы для водопровода используют для транспортировки воды.

Испаритель крепится на стене L-кронштейном. А вот закачку фреона должен сделать специалист по холодильному оборудованию: он сварит трубки и закачает в них фреон. После чего конструкцию подключают к системе отопления внутри дома, а затем – к наружному контуру.

Особенности для каждого вида

Вертикальный насос для отопления «грунт-вода» требует создания скважины на 50–150 м. В нее помещаются геотермальные зонды и подключаются к насосу. Зонды берут тепло из грунта, которое переносится с незамерзающей водой к насосу, а оттуда уже в систему отопления. Для маленьких участков подходят зонды, для больших – горизонтальный коллектор.

Для агрегата по типу «вода-вода» собирается из ПНД-труб, которые заполняются носителем тепла и после этого переносятся к водоему. Трубы имеют вид большого змеевика на дне водоема. Желательно разместить их в его центре.

Аппарат типа «воздух-вода» не требует трудоемких земляных работ. Выбирается место около дома или на его крыше, где самодельный тепловой насос соединяется с внутридомовым отоплением. Тепло извлекается вентиляторами и испарителем.