Тепловой насос системы воздух-вода является одним из видов современных источников отопления и горячего водоснабжения жилищ. Пик развития альтернативных источников теплоснабжения домов приходится на сегодняшний день. Поэтому тепловые насосы системы воздух-вода наряду с аналогичными агрегатами пользуются все возрастающей популярностью, однако их применение сопровождается своими особенностями.
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.
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.
Рекомендации по выбору
Агрегаты, занимающие нишу тепловых насосов воздух-вода, представлены на рынке большим разнообразием моделей. Представители, обладающие разным функционалом, могут разительно отличаться по цене. Поэтому, зная свои потребности, лучше всего подбирать агрегат максимально близко их удовлетворяющий и не превосходящий в значительной мере.
Самые продвинутые модели предполагают использование для управления ими различного высокотехнологичного оборудования. В частности, для регулировки рабочих циклов агрегата могут быть использованы термостаты, Wi-Fi модули, позволяющие осуществлять контроль над агрегатом даже со смартфона и различные программаторы. Если в этом нет необходимости, и вполне устроит управление максимально приближенное к ручному, то нет смысла переплачивать.
Далеко не все модели тепловых насосов системы воздух-вода предполагают наличие функции горячего водоснабжения, кроме отопления. Наличие и отсутствие данного функционала также значительно влияет на конечную стоимость насоса.
Эффективность разных агрегатов также неодинакова. Основная масса моделей может действенно обогревать помещение при температуре окружающей среды не меньше 15 градусов по Цельсию ниже ноля. Однако некоторые производители производят насосы, эффективно забирающие тепловую энергию из воздуха, температура которого может опускаться вплоть до 32 градусов по Цельсию ниже ноля.
Таким образом, на окончательный выбор насоса будут влиять потребности конкретного потребителя и условия эксплуатации насоса.
Определение необходимой мощности
При определении необходимой мощности агрегата, прежде всего, нужно исходить из принципа перекрытия тепловым насосом всех потребностей в теплоснабжении и нивелирования тепловых потерь дома.
Необходимая мощность зависит также и от типа теплового насоса. Если тепловой насоссистемы воздух-вода используется как для отопления, так и для горячего водоснабжения, то и расчет мощности нужно производить для каждой из этих целей в отдельности. После этого определяется совокупная мощность агрегата.
Для расчета мощности теплового насоса, необходимой для обеспечения горячего водоснабжения нужно знать несколько переменных:
- Первая – это разница температур между водой, поступающей в систему и той, которая получается на выходе. Как правило, требуемая температура горячей воды колеблется на уровне 60 градусов по Цельсию.
- Вторая – объем воды, используемой в рассматриваемый период. Как правило, берется в отдельности светлое и темное время суток, так как температура в эти периоды отличается.
- Третий – коэффициент полезного действия насоса. Этот показатель отражает отношение вырабатываемой агрегатом тепловой энергии к затраченной электрической энергии.
Для расчета мощности теплового насосасистемы воздух-вода,необходимой для горячего водоснабжения, нужно разницу температур воды умножить на частное объема ее потребления и КПД насоса, а затем результат умножить на коэффициент 1,16.
Формула с использованием условных обозначений выглядит следующим образом:
ДельтаT x V/K*1,6
Если при расчете использовать в качестве единицы измерения для воды тонны, то результат получится в киловаттах, если литры, то, соответственно, в ваттах.
При расчете мощности насоса, необходимой для отопления помещения, большую роль играют его тепловые потери. Количество переменных, которые необходимо учитывать при расчете тепловых потерь достаточно велико. Поэтому для их расчета целесообразней будет использовать специальные онлайн калькуляторы. Найти их, введя соответствующий запрос, достаточно просто.
Данные калькуляторы учитывают высоту потолков, материалы, из которых выполнены стены, потолок, пол и двери, размеры проемов и многие другие факторы. Для дальнейшего расчета требуемоймощности теплового насосасистемы воздух-вода полученную в калькуляторе величину умножают на площадь здания в метрах. Нормальный показатель тепловых потерь для теплоизолированного помещения равняется примерно 0,05 киловатт на метр квадратный.
Для определения совокупной мощности теплового насоса, полученные показатели складываются. Однако для надежности следует выбирать агрегат на 10-15% мощнее полученного результата. Это связано с тем, что иногда производители завышают показатели эффективности своих насосов. Кроме того, данный расчет не учитывает затраты энергии на поддержание необходимой температуры воды в бойлере в тот момент, когда она не расходуется и остывает.
Особенности установки и эксплуатации
Конструкция тепловых насосов системы воздух-вода предполагает проведение довольно трудоемких и требующих высокой квалификации работ. Браться за их самостоятельное проведение стоит только в случае наличия опыта в данной сфере.
Выделяют ряд особенностей, с учетом которых должен проводиться монтажданного агрегата:
- Размещение внутреннего блока производится не в жилой комнате, а в специально предназначенном для этого техническом помещении.
- При установке внешнего блока предполагается сооружение конструкции, которая будет защищать его от негативных воздействий внешней среды (как правило, атмосферных осадков).
- Установка внешнего блока теплового насоса системы воздух вода производится вблизи от дома на металлический каркас.
- Наиболее эффективным в плане нагрева помещения будет создание разветвленного отопительного контура под поверхностью напольного покрытия, вместо монтажа радиаторов отопления.
Кроме монтажа, ряд характерных особенностей имеет и эксплуатация данных систем.
Несмотря на высокую автономность, эти тепловые насосы требуют периодического проведения мероприятий по их обслуживанию:
- Замена очистительных фильтров для воды;
- Чистка внешнего блока насоса, в особенности теплообменной системы;
- Мониторинг состояния электропроводки;
- Осмотр труб и шлангов для воды и хладагента на предмет протечек;
- Смазка ходовой части вентилятора системы нагнетания воздуха;
Соблюдение этих несложных правил позволит продлить срок службы теплового насоса и сэкономить на восстановительных работах.
Выгода от использования
Основное направление деятельности при создании альтернативных источников отопления – это получение необходимой эффективности агрегата при минимальных затратах средств. В этом плане тепловой насос воздух-вода показывает себя наилучшим образом.
Показатель эффективности таких конструкций (СОР, он же КПД) красноречиво говорит об их рентабельности. Среднее значение данного показателя составляет порядка 4 единиц. Это значит, что количество вырабатываемой насосом тепловой энергии вчетверо превышает количество затраченной электроэнергии. В зависимости от модели, тепловые насосысистемы воздух-вода от 1/2 до 4/5тепла получают из внешней среды. Она является неиссякаемым и бесплатным источником энергии для отопления дома.
Однако не все так радужно. Главным минусом такого способа отопления является его прямая зависимость от температуры окружающего воздуха. Существуют определенные нижние границы температур, при опускании ниже которых эффективность теплового насоса резко падает. Но это компенсируется выбором соответствующей модели. Некоторые из них эффективно работают при морозах вплоть до 32 градусов.
Кроме этого, от экстремальных морозов можно застраховаться, установив резервный источник отопления.Он не будет зависеть от температуры наружного воздуха и будет использоваться только в крайних случаях.
Развитие прикладной науки позволяет из года в год повышать качество жизни. Внедрение современных и более эффективных технологий делает ее проще и приятней. К одному из таких явлений прогресса можно отнести и появление тепловых насосов воздух-вода, которые при верных расчетах с легкостью удовлетворят потребности практически любого частного дома в отоплении и горячем водоснабжении.