Этой осенью наблюдается обострение в сети по поводу тепловых насосов и их применения для отопления загородных домов и дач. В загородном доме, который я построил своими руками, с 2013 года установлен такой тепловой насос. Это полупромышленный кондиционер, способный эффективно работать на обогрев при уличной температуре до -25 градусов по Цельсию. Он является основным и единственным отопительным прибором в одноэтажном загородном доме общей площадью 72 квадратных метра.

2. Коротко напомню предысторию. Четыре года назад был куплен участок 6 соток в садовом товариществе, на котором, я, своими руками, без привлечения наемной рабочей силы, построил современный энергоэффективный загородный дом. Предназначение дома - вторая квартира, расположенная на природе. Круглогодичная, но не постоянная эксплуатация. Требовалась максимальная автономность в совокупности с простой инженерией. В районе расположения СНТ отсутствует магистральный газ и на него рассчитывать не стоит. Остается привозное твердое или жидкое топливо, но все эти системы требуют сложной инфраструктуры, стоимость возведения и содержания которой сопоставимо с прямым отоплением электричеством. Таким образом выбор уже был частично предопределен - электрическое отопление. Но здесь возникает второй, не менее важный момент: ограничение электрических мощностей в садовом товариществе, а также достаточно высокие тарифы на электроэнергию (на тот момент - не «сельский» тариф). По факту на участок выделено 5 квт электрической мощности. Единственный выход в данной ситуации - использовать тепловой насос, который позволит сэкономить на отоплении примерно в 2,5-3 раза, по сравнению с прямой конвертацией электрической энергии в тепловую.

Итак, переходим к тепловым насосам. Они различаются по тому, откуда они забирают тепло и по тому, куда его отдают. Важный момент, известный из законов термодинамики (8 класс средней школы) - тепловой насос не производит тепло, он его переносит. Именно поэтому его КОП (коэффициент преобразования энергии) всегда больше 1 (то есть тепловой насос всегда отдает тепла больше, чем потребляет из сети).

Классификация тепловых насосов следующая: «вода - вода», «вода - воздух», «воздух - воздух», «воздух - вода». Под «водой» указываемой в формуле слева подразумевается отбор тепла от жидкого циркулирующего теплоносителя проходящего по трубам находящимся в земле или водоеме. Эффективность таких систем практически не зависит от времени года и температуры окружающего воздуха, но они требуют дорогостоящих и трудоемких земляных работ, а также наличие достаточных свободных площадей под укладку грунтового теплообменника (на котором, впоследствии будет плохо что-либо расти летом, ввиду вымораживания грунта). Под «водой» указываемой в формуле справа подразумевается отоплительный контур, находящийся внутри здания. Это может быть как система радиаторов, так и жидкостные теплые полы. Такая система также потребует сложных инженерных работ внутри здания, но при этом имеет и свои плюсы - с помощью такого теплового насоса можно заодно получить горячую воду в доме.

Но самым интересной выглядит категория тепловых насосов класса «воздух - воздух». По сути это самые обычные кондиционеры. Во время работы на обогрев они забирают тепло из уличного воздуха и переносят его на воздушный теплобменник находящийся внутри дома. Несмотря на некоторые недостатки (серийные модели не могут работать при температурах окружающего воздуха ниже -30 градусов по Цельсию), они имеют колоссальное преимущество: такой тепловой насос очень легко установить и его стоимость сопоставима с обычным электрическим отоплением с помощью конвекторов или электрокотла.

3. На основании этих рассуждений был выбран канальный полупромышленный кондиционер Mitsubishi Heavy, модель FDUM71VNX. По состоянию на осень 2013 года, комплект состоящий из двух блоков (внешний и внутренний) стоил 120 тысяч рублей.

4. Внешний блок установлен на фасаде с северной стороны дома, там где меньше всего ветра (это важно).

5. Внутренний блок установлен в холле под потолком, от него с помощью гибких шумоизолированных воздуховодов обеспечена подача горячего воздуха во все жилые помещения внутри дома.

6. Т.к. подача воздуха находится под потолком (организовать подачу горячего воздуха около пола в каменном доме решительно невозможно), то очевидно, что забирать воздух нужно на полу. Для этого с помощью специального короба забор воздуха был опущен на пол в коридоре (во всех межкомнатных дверях также установлены переточные решетки в нижней части). Рабочий режим - 900 кубометров воздуха в час, за счет постоянной и стабильной циркуляции совершенно нет разницы по температуре воздуха между полом и потолком в любой части дома. Если быть точным, то разница составляет 1 градус по Цельсию, это даже меньше, чем при использовании настенных конвекторов под окнами (с ними перепад температуры между полом и потолком может достигать 5 градусов).

7. Кроме того, что внутренний блок кондиционера за счет мощной крыльчатки способен прогонять в режиме рециркуляции большие объемы воздуха по дому, не нужно забывать о том, что для людей наобходим свежий воздух в доме. Поэтому система отопления также выполняет роль системы вентиляции. По отдельному воздушному каналу с улицы в дом подается свежий воздух, который при необходимости подогревается (в холодное время года) с помощью автоматики и канального ТЭНа.

8. Раздача горячего воздуха осуществляется через вот такие решетки, расположенные в жилых комнатах. Также стоит обратить внимание на то, что в доме нет ни одной лампы накаливания и используются исключительно светодиоды (запомните этот момент, это важно).

9. Отработанный «грязный» воздух удаляется из дома через вытяжку в санузле и на кухне. Горячая вода готовится в обычном накопительном водонагревателе. Вообще, это достаточно большая статья расходов, т.к. колодезная вода очень холодна (от +4 до +10 градусов по Цельсию в зависимости от времени года) и кто-то может резонно заметить, что можно использовать солнечные коллекторы для нагрева воды. Да, можно, но стоимость вложений в инфраструктуру такова, что за эти деньги можно греть воду напрямую электричеством в течение 10 лет.

10. А это - «ЦУП». Главный и основной пульт управления воздушным тепловым насосом. У него есть различные таймеры и простейшая автоматика, но мы используем только два режима: вентиляция (в теплое время года) и нагрев (в холодное время года). Построенный дом оказался настолько энергоэффективным, что кондиционер в нём ни разу не использовался по прямому назначению - для охлаждения дома в жару. В этом большую роль сыграло и светодиодное освещение (теплоотдача от которого стремится к нулю) и очень качественное утепление (шутка ли, после обустройства газона на крыше нам даже пришлось этим летом использовать тепловой насос для обогрева дома - в дни, когда среднесуточная температура опускалась ниже +17 градусов по Цельсию). В доме круглогодично поддерживается температура не ниже +16 градусов по Цельсию, независимо от наличия в нём людей (когда в доме люди, то температура устанавливается +22 градуса по Цельсию) и никогда не выключается приточная вентиляция (потому, что лень).

11. Счетчик технического учета электроэнергии был установлен осенью 2013 года. То есть ровно 3 года назад. Нетрудно подсчитать, что среднегодовое потребление электрической энергии составляет 7000 квтч (на самом деле сейчас эта цифра немного меньше, т.к. в первый год расход был большим из-за использования осушителей во время отделочных работ).

12. В заводской комплектации кондиционер способен работать на обогрев при температуре окружающего воздуха не ниже -20 градусов по Цельсию. Для работы при более низких температурах требуется доработка (на самом деле она актуальна при эксплуатации даже при температуре -10, если на улице высокая влажность) - установка греющего кабеля в дренажный поддон. Это необходимо для того, чтобы после цикла разморозки внешнего блока вода в жидком состоянии успела покинуть дренажный поддон. Если она не успеет это сделать, то в поддоне будет намерзать лед, который впоследствии выдавит раму с вентилятором, что, вероятно, приведет к обламыванию лопастей на нём (можете посмотреть фотографии обломанных лопастей в интернете, я сам с этим чуть не столкнулся т.к. положил греющий кабель не сразу).

13. Как я уже упоминал выше - в доме везде используется исключительно светодиодное освещение. Это важно, когда речь заходит о кондиционировании помещения. Возьмем стандартную комнату, в которой расположено 2 светильника, по 4 лампы в каждом. Если это лампы накаливания мощностью 50 ватт, то суммарно они потребляют 400 ватт, в то время как светодиодные лампы будут потреблять менее 40 ватт. А вся энергия, как мы знаем из курса физики, в конечном итоге все равно превращается в тепловую. То есть освещение на лампах накаливания это такой неплохой обогреватель средней мощности.

14. Теперь поговорим о том, как работает тепловой насос. Всё, что он делает - переносит тепловую энергию из одного места в другое. Именно по такому принципу работают и холодильники. Они переносят тепло из холодильной камеры в помещение.

Есть такая хорошая загадка: Как изменится температура в комнате, если в ней оставить включенный в розетку холодильник с открытой дверцей? Правильный ответ - температура в комнате будет расти. Для просты понимания это объяснить можно так: комната это замкнутый контур, в него по проводам поступает электричество. Как мы знаем энергия в конечном итоге превращается в тепловую. Именно поэтому температура в комнате и будет расти, ведь в замкнутый контур извне поступает электричество и в нём же остается.

Немного теории. Теплота это форма энергии, которая передается между двумя системами из-за разницы температур. При этом тепловая энергия переходит из места с высокой температурой к месту с более низкой температурой. Это естественный процесс. Перенос тепла может осуществляться за счет теплопроводности, теплового излучения или путём конвекции.

Существует три классических агрегатных состояния вещества, преобразование между которыми осуществляется в результате изменения температуры или давления: твердое, жидкое, газообразное.

Для изменения агрегатного состояния тело должно либо получить, либо отдать тепловую энергию.

При плавлении (переход из твердого состояния в жидкое) поглощается тепловая энергия.
При испарении (переход из жидкого состояния в газообразное) поглощается тепловая энергия.
При конденсации (переход из газообразного состояния в жидкое) выделяется тепловая энергия.
При кристаллизации (переход из жидкого состояния в твердое) выделяется тепловая энергия.

Тепловой насос использует в работе два переходных режима: испарение и конденсацию, то есть оперирует веществом, находящимся либо в жидком, либо в газообразном состоянии.

15. В качестве рабочего тела в контуре теплового насоса используется хладагент R410a. Это фторуглеводород, закипающий (переход из жидкого состояния в газообразное) при очень низкой температуре. А именно, при температуре - 48,5 градусов по Цельсию. То есть, если обычная вода при нормальном атмосферном давлении кипит при температуре +100 градусов по Цельсию, то фреон R410a кипит при температуре почти на 150 градусов ниже. Более того, при сильно отрицательной температуре.

Именно это свойство хладагента используется в тепловом насосе. Путем целеправленного измерения давления и температуры ему можно придать необходимые свойства. Либо это будет испарение при температуре окружающей с поглощением тепла, либо конденсации при температуре окружающей среды с выделением тепла.

16. Вот как выглядит контур циркуляции теплового насоса. Его основные компоненты: компрессор, испаритель, расширительный клапан и конденсатор. Хладагент циркулирует в замкнутом контуре теплового насоса и попеременно меняет свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное и обратно. Именно хладагент передает и переносит тепло. Давление в контуре всегда избыточно по сравнению с атмосферным.

Как это работает?
Компрессор всасывает холодный газообразный хладагент низкого давления поступающий из испарителя. Компрессор сжимает его под высоким давлением. Температура повышается (тепло от работы компрессора также добавляется к хладагенту). На этом этапе мы получается газообразный хладагент высокого давления и высокой температуры.
В таком виде он поступает в конденсатор, обдуваемый более холодным воздухом. Перегретый хладагент отдает свое тепло воздуху и конденсируется. На этом этапе хладагент находится в жидком состоянии, под высоким давлением и со средней температурой.
Далее хладагент поступает в расширительный клапан. В нём происходит резкое снижение давления, вследствие расширения объема, который занимает хладагент. Уменьшение давления приводит к частичному испарению хладагента, что в свою очередь снижает температуру хладагента ниже температуры окружающей среды.
В испарителе давление хладагента продолжает снижаться, он еще сильнее испаряется, а необходимое для этого процесса тепло отбирается от более теплого наружного воздуха, который при этом охлаждается.
Полностью газообразный хладагент снова поступает в компрессор и цикл замыкается.

17. Попробую еще раз объяснить попроще. Хладагент кипит уже при температуре -48,5 градусов по Цельсию. То есть, условно говоря при любой более высокой температуре окружающей среды он будет иметь избыточное давление и в процессе испарения забирать тепло из окружающей среды (то есть уличного воздуха). Есть хладагенты используемые в низкотемпературных холодильниках, у них температура кипения еще ниже, вплоть до -100 градусов по Цельсию, но его не получится использовать для работы теплового насоса на охлаждение помещения в жару из-за очень высокого давления при высоких температурах окружающей среды. Хладагент R410a это некий баланс между возможностью работы кондиционера как на нагрев, так и охлаждение.

Вот, кстати, хороший документальный фильм снятый в СССР и рассказывающий о том, как устроен тепловой насос. Рекомендую.

18. Любой ли кондиционер можно использовать для работы на обогрев? Нет, не любой. Хотя на фреоне R410a и работают почти все современные кондиционеры, не менее важны и другие характеристики. Во-первых кондиционер должен иметь четырехходовой клапан, позволяющий так сказать переключиться на «реверс», а именно поменять местами конденсатор и испаритель. Во-вторых, обратите внимание, что компрессор (он расположен справа снизу) находится в теплоизолированном кохуже и имеет электрический подогрев картера. Это нужно для того, чтобы всегда поддерживать положительную температуру масла в компрессоре. По факту, при температуре окружающей среды ниже +5 градусов по Цельсию даже в выключенном состоянии кондиционер потребляет 70 ватт электрической энергии. Второй, важнейший момент - кондиционер должен быть инверторным. То есть и компрессор и электромотор крыльчатки должны иметь возможность изменять производительность в процессе работы. Именно это позволяет тепловому насосу эффективно работать на обогрев при наружной температуре ниже -5 градусов по Цельсию.

19. Как мы знаем, на теплообменнике внешнего блока, который является испарителем во время работы на обогрев, происходит интенсивное испарение хладагента с поглощением тепла из окружающей среды. Но в уличном воздухе находятся пары воды в газообразном состоянии, которые конденсируются, а то и кристаллизуются на испарителе из-за резкого снижения температуры (уличный воздух отдает свою теплоту хладагенту). А интенсивное обмерзание теплообменника приведет к снижению эффективности теплоосъема. То есть, по мере снижения температуры окружающей среды необходимо «притормозить» и компрессор и крыльчатку, чтобы обеспечить наиболее эффективный теплосъем на поверхности испарителя.

Идеальный тепловой насос работающий только на обогрев должен иметь площадь поверхности внешнего теплообменника (испарителя) в несколько раз превышающую площадь поверхности внутреннего теплообменника (конденсатора). На практике мы возращаемся к тому самому балансу, что тепловой насос должен уметь работать как на обогрев, так и охлаждение.

20. Слева можно видеть практически полностью покрытый инеем внешний теплообменник, кроме двух секций. В верхней, не замерзшей, секции фреон имеет еще достаточно высокое давление, что не позволяет ему эффективно испаряться с поглощением тепла из окружающей среды, в нижней же секции он уже перегрет и не может больше забирать тепло извне. А фотография справа дает ответ на вопрос почему внешний блок кондиционера был установлен на фасаде, а не спрятан от глаз на плоской кровле. Именно из-за воды, которую нужно отводить от дренажного поддона в холодное время года. Отводить эту воду с кровли было бы значительно сложнее, чем с отмостки.

Как я уже писал, во время работы на обогрев при отрицательной температуре на улице испаритель на внешнем блоке обмерзает, на нём кристаллизуется вода из уличного воздуха. Эффективность обмерзшего испарителя заметно снижается, но электроника кондиционера в автоматическом режиме контролирует эффективность теплосъема и периодически переключает тепловой насос в режим разморозки. По сути режим разморозки это прямой режим кондиционирования. То есть из помещения забирается тепло и переносится на внешний, обмерзший теплообменник, что растопить на нём лед. В это время вентилятор внутреннего блока работает на минимальной скорости, а из воздуховодов внутри дома поступает прохладный воздух. Цикл разморозки обычно длится 5 минут и происходит каждые 45-50 минут. Ввиду высокой тепловой инерционности дома, никакого дискомфорта во время разморозки не ощущается.

21. Вот таблица теплопроизводительности данной модели теплового насоса. Напомню, что номинальное потребление энергии составляет чуть более 2 кВт (ток 10А), а теплоотдача колеблется от 4 кВт при -20 градусах на улице, до 8 кВт при уличной температуре +7 градусов. То есть коэффициент конвертации составляет от 2 до 4. Именно во сколько раз тепловой насос позволяет экономить энергию по сравнению с прямым преобразованием электрической энергии в тепловую.

Кстати, есть еще один интересный момент. Ресурс у кондиционера при работе на обогрев в разы выше, чем при работе на охлаждение.

22. Осенью прошлого года я установил счетчик электрической энергии Smappee, который позволяет вести статистику энергопотребления по месячно и предоставляет более менее удобную визуализацию проведенных измерений.

23. Smappee был установлен ровно год назад, в последних числах сентября 2015 года. Он также пытается показать стоимость электрической энергии, но делает это исходя из заданных вручную тарифов. А с ними есть важный момент - как известно, у нас повышают цены на электроэнергию 2 раза в год. То есть за представленный период измерений тарифы менялись 3 раза. Поэтому не будем обращать внимание на стоимость, а подсчитаем количество потребленной энергии.

На самом деле с визуализацией графиков потребления у Smappee есть проблемы. Например, самый короткий столбец слева это потребление за сентябрь 2015 года (117 квтч), т.к. у разработчиков что-то пошло не так и на экране за год почему-то 11, а не 12 столбцов. Но суммарные цифры потребления подсчитаны безошибочно.

А именно, 1957 квтч за 4 месяца (включая сентябрь) в конце 2015 года и 4623 квтч за весь 2016 год с января по сентябрь включительно. То есть суммарно было израсходовано 6580 квтч на ВСЁ жизнеообеспечение загородного дома, который круглогодично отапливался, независимо от нахождения в нём людей. Напомню, что летом этого года впервые пришлось использовать тепловой насос для обогрева, а на охлаждение летом он не работал ни разу за все 3 года эксплуатации (кроме автоматических циклов разморозки, разумеется). В рублях, по текущим тарифам в Московской области это менее 20 тысяч рублей в год или около 1700 рублей в месяц. Напомню, что в эту сумму входит: отопление, вентиляция, нагрев воды, плита, холодильник, освещение, электроника и техника. То есть это фактически в 2 раза дешевле, чем ежемесячная плата за квартиру в Москве аналогичной площади (разумеется без учета взносов на содержание, а также сборов на капитальный ремонт).

24. А теперь давайте подсчитаем сколько же денег позволил сэкономить тепловой насос в моём случае. Сравнивать будем электрическим отоплением, на примере электрокотла и радиаторов. Считать буду по докризисным ценам, которые были на момент установки теплового насоса осенью 2013 года. Сейчас тепловые насосы подорожали из-за обвала курса рубля, а техника вся импортная (лидеры по производству тепловых насосов - японцы).

Электрическое отопление:
Электрический котел - 50 тыс рублей
Трубы, радиаторы, фитинги и т.д. - еще 30 тыс. рублей. Итого материалов на 80 тысяч рублей.

Тепловой насос:
Канальный кондиционер MHI FDUM71VNXVF (внешний и внутренний блок) - 120 тыс. рублей.
Воздуховоды, адаптеры, теплоизоляция и т.д. - еще 30 тыс. рублей. Итого материалов на 150 тысяч рублей.

Установка своими руками, но в обоих случаях по времени это примерно одинаково. Итого «переплата» за тепловой насос по сравнению с электрокотлом: 70 тысяч рублей.

Но это не всё. Воздушное отопление с помощью теплового насоса это заодно кондиционер в теплое время года (то есть кондиционер все равно нужно ставить, так ведь? значит добавим еще минимум 40 тысяч рублей) и вентиляция (обязательна в современных герметичных домах, еще минимум 20 тысяч рублей).

Что имеем? «Переплата» в комплексе составляет всего 10 тысяч рублей. Это еще только на стадии ввода системы отопления в эксплуатацию.

А дальше начинается эксплутация. Как я уже писал выше, в самые холодные зимние месяцы коэффициент преобразования составляет 2,5, а в межсезонье и летом можно принять его равным 3,5-4. Возьмем усредненный годовой СОР равный 3. Напомню, что за год в доме расходуется 6500 квтч электрической энергии. Это суммарное потребление на все электрические приборы. Возьмем для простоты расчетов по минимуму, что тепловой насос потребляет из этой суммы всего лишь половину. То есть 3000 квтч. При этом в среднем за год он отдал 9000 квтч тепловой энергии (6000 квтч «притащил» с улицы).

Переведем перенесенную энергию в рубли, предположив, что 1 квтч электрической энергии стоит 4,5 рубля (усредненный дневной/ночной тариф в Московской области). Получаем 27000 рублей экономии, по сравнению с электрическим отоплением только за первый год эксплуатации. Вспомним, что разница на стадии ввода системы в эксплуатацию составляла всего 10 тысяч рублей. То есть уже за первый год эксплуатации тепловой насос СЭКОНОМИЛ мне 17 тысяч рублей. То есть он окупился в первый же год эксплуатации. При этом напомню, что это не постоянное проживание, при котором экономия была бы еще больше!

Но не забываем про кондиционер, который конкретно в моем случае не потребовался ввиду того, что построенный мною дом оказался переутепленным (хотя и используется однослойная стена из газобетона без дополнительного утепления) и он просто не нагревается летом на солнце. То есть скинем 40 тысяч рублей из сметы. Что имеем? ЭКОНОМИТЬ на тепловом насосе в таком случае я стал не с первого года эксплуатации, а со второго. Не велика разница-то.

Но если мы возьмем тепловой насос класса «вода-вода» или даже «воздух-вода», то цифры в смете будут совершенно иными. Именно поэтому тепловой насос «воздух-воздух» это лучшее соотношение цена/эффективность на рынке.

25. И напоследок несколько слов про электрические отопительные приборы. Меня замучали вопросами о всяких инфракрасных обогревателях и нано-технологиях не сжигающих кислород. Отвечу коротко и по делу. Любой электрический обогреватель имеет КПД 100%, то есть вся электрическая энергия переходит в тепловую. На самом деле это касается любых электрических приборов, даже электрическая лампочка дает тепло ровно в том количестве, в котором она его получила из розетки. Если же говорить про инфракрасные обогреватели, то их преимущество заключается в том, что они греют предметы, а не воздух. Поэтому самое разумное применение для них - обогрев на открытых верандах в кафе и на автобусных остановках. Там, где есть необходимость передать тепло напрямую предметам/людям, минуя нагрев воздуха. Аналогичная история про сжигание кислорода. Если где-то в рекламном проспекте вы видите эту фразу, знайте - производитель держит покупателя за лоха. Горение это реакция окисления, а кислород это окислитель, то есть он сам себя сжечь не может. То есть это все бред дилетантов, прогулявших уроки физики в школе.

26. Еще одним вариантом экономии энергии при электрическом отоплении (не важно, прямой конвертацией или с помощью теплового насоса) является использование теплоемкости ограждающих конструкций (или же специального теплоаккумулятора) для накопления тепла при использовании дешевого ночного электрического тарифа. Именно с этим я и буду экспериментировать этой зимой. По моим предварительным расчетам (с учетом того, что в ближайший месяц я буду платить по сельскому тарифу на электроэнергию, т.к. строение уже зарегистрировано как жилой дом), даже несмотря на рост тарифов на электроэнергию, в следующем году я заплачу за содержание дома менее 20 тысяч рублей (за всю потребленную электрическую энергию на отопление, нагрев воды, вентиляцию и технику с учетом того, что в доме круглогодично поддерживается температура примерно 18-20 градусов тепла, независимо от того есть ли в нём люди).

Что в итоге? Тепловой насос в виде низкотемпературного кондиционера класса «воздух-воздух» это самый простой и доступный способ экономии на отоплении, что вдвойне может быть актуально при существовании лимита электрических мощностей. Я полностью доволен установленной отопительной системой и не испытываю какого-либо дискомфорта от её эксплуатации. В условиях Московской области использование воздушного теплового насоса полностью себя оправдывает и позволяет окупить инвестиции не позднее, чем через 2-3 года.

Кстати, не забывайте что у меня еще есть Instagram, в котором я публикую ход работ практически в реальном времени -

Современный тепловой насос воздух вода - устройство исключительно полезное. Даже если температура наружного воздуха приближается к нулю, с его помощью можно успешно обогревать довольно большие помещения. Если тепловые насосы типа «земля-вода» или «вода-вода» проще монтировать в частном доме с просторным участком, то модель типа «воздух-вода» без проблем устанавливается в городских зданиях, как жилых, так и офисных.

Как работает данная система?

Окружающий нас мир полон энергии, нужно только собрать ее и правильно использовать. Для этого и предназначены тепловые насосы воздух вода. С их помощью можно собрать низкопотенциальную энергию из окружающей среды и преобразовать ее в высокопотенциальное тепло, способное обогреть жилище весьма эффективно. Специалисты называют этот процесс обратным принципом Карно, на основе которого работают холодильные установки.

С помощью мощного вентилятора снаружи забирается обычный воздух. Он контактирует с испарителем, внутри которого находится хладагент, циркулирующий по змеевику. Нагреваясь, хладагент испаряется и поступает в компрессор. Здесь он сжимается и нагревается до температуры около 75 градусов и под давлением поступает в конденсатор. Там хладагент конденсируется и переходит в жидкое состояние, отдавая тепло домовой отопительной системе. Жидкий хладагент поступает в испаритель, где нагревается под действием наружного воздуха и т. д. Цикл «нагрев-испарение-сжатие-конденсация» повторяется снова и снова.

Внешний блок теплового насоса воздух-вода размещают на участке, выбирая для этого недалеко от дома место с хорошей циркуляцией воздуха

Преимущества и недостатки такого отопления

Современный тепловой насос типа воздух вода эффективен и позволяет заметно сэкономить на отоплении, поскольку:

• воздух можно назвать самым доступным и дешевым возобновляемым ресурсом;
• стоимость монтажа такого агрегата обойдется дешевле, чем установка других видов теплового насоса (грунт-вода, вода-вода и т. п.), а весь процесс осуществляется проще и быстрее;
• обогрев можно осуществлять даже при отрицательной температуре наружного воздуха;
• устройство работает почти бесшумно;
• обеспечивается эффективный воздухообмен внутри помещения;
• управление установкой можно осуществлять в автоматическом режиме.

Действительно, при сооружении воздушного теплового насоса не нужно бурить скважины или проводить масштабную выемку грунта, не нужно сооружать теплообменник для наружного контура и т. д. Понадобятся два небольших канала, по которым воздух будет забираться, а затем возвращаться наружу. Для этого в земле укладывают два небольших трубопровода. Существуют и модели, не нуждающиеся в таких трубопроводах.

Для теплового насоса «воздух-вода» понадобится большой вентилятор, который будет подавать воздушные потоки к испарителю. Лопасти вентилятора должны быть закрыты решеткой

Недостатков у этой конструкции немного, однако их следует учитывать. Хотя и считается, что воздушный теплонасос может эффективно работать круглый год, все же лучше использовать его в местности с мягкой и теплой зимой. Не рекомендуется включать такой тепловой насос при температуре ниже -7 градусов. При этом КПД системы в зимнее время будет ниже, чем весной или осенью. Хотя производители утверждают, что промышленные модели тепловых насосов этого типа могут вполне успешно работать и при -25 по Цельсию. В местности с суровым климатом самым выгодным вариантом может оказаться сочетание теплового насоса и традиционного отопительного котла, который включается только при наступлении сильных холодов.

Разумеется, для работы любого теплового насоса необходима электроэнергия. На каждый затраченный киловатт электроэнергии устройство позволяет получить 3-4 кВт природной энергии. Поэтому в конечном счете использование теплового насоса для отопления экономически выгодно по сравнению с затратами на обогрев газом, дизельным, твердым топливом или на отопление с помощью электрического котла. Однако забывать о зависимости системы от наличия электроэнергии не стоит.

Алгоритм сборки самодельного агрегата

Почти все элементы воздушного теплового насоса можно изготовить самостоятельно. Компрессор рекомендуется снять с обычной сплит-системы. Как правило, такой прибор имеет подходящие характеристики и работает достаточно бесшумно. Помимо компрессора понадобится ряд материалов:

• металлический бак из нержавейки, объемом 100 л или более;
• пластиковая бочка с широкой горловиной;
• трубы из меди различного диаметра (толщина стенок трубы - не менее 1 мм);
• набор муфт и переходников;
• электроды;
• сливной кран;
• отвоздушиватель ДУ-15;
• предохранительный клапан;
• манометры;
• устройства для автоматического управления;
• кронштейны для крепления элементов системы;
• фреон и др.

Обратите внимание! При включении компрессора потребуется достаточно большой ток, поэтому рекомендованная расчетная нагрузка электросчетчика в доме должна быть не менее 40А.

Чтобы сделать воздушный тепловой насос, необходимо:

1. Запастись подходящим компрессором и кронштейнами для его монтажа на стену. Чтобы сделать тепловой насос мощностью 9кВт, понадобится компрессор на 7,2 кВт.
2. Изготовить из медной трубки змеевик, равномерно намотав трубу вокруг баллона нужного диаметра.
3. Для изготовления конденсатора разрезать пополам стальной бак на 100 литров, вставить внутрь медный змеевик.
4. Заварить бак и установить резьбовые соединения. Для установки готового конденсатора также понадобятся кронштейны.
5. Разрезать пластиковую бочку, чтобы сделать испаритель.
6. Вставить в испаритель медный змеевик из трубы на ¾ дюйма.
7. Для монтажа испарителя на стену нужен еще один набор L-образных кронштейнов.
8. Соединить элементы в общую систему.
9. Пригласить мастера по холодильному оборудованию, который проверит качество сборки и закачает в систему хладагент.

После этого необходимо обеспечить забор наружного воздуха и его сброс для контакта с испарителем, а также подключить устройство к системе отопления дома.

Чтобы сделать змеевик из медной трубки для теплового насоса «воздух-вода», можно взять баллон подходящего диаметра из-под фреона или газа и аккуратно намотать трубку на него

Компрессор для теплового насоса «воздух-вода» можно снять со сплит-системы, удостоверившись, что у него достаточная мощность. Для изготовления конденсатора подойдет металлический бак

Основные принципы работы воздушного теплового насоса представлены в видеоматериале на примере промышленной модели:

Обратите внимание, что если принято решение использовать тепловой насос параллельно с отопительным котлом, рекомендуется при подключении использовать .

Несколько слов о расчетах мощности

Перед началом работ по созданию насоса, следует определиться с его мощностью. Не стоит делать агрегат «с запасом», поскольку это повлечет совсем не нужные материальные расходы. Недостаток мощности скажется на эффективности работы системы, в этом случае в доме будет слишком холодно.

Специалисты для подробных расчетов мощности теплового насоса используют специальные программы, которые позволяют определить и другие параметры, например, площадь медного змеевика и т. п. Народные умельцы поступают проще - используют он-лайн калькуляторы, которые установлены на некоторых профильных сайтах. В специальные поля следует ввести данные о:

• регионе, в котором находится помещение;
• общей площади частного дома;
• высоте потолков в комнатах;
• степени утепления здания.

На основании этих данных программа выдаст расчетную мощность теплового насоса. Разумеется, чем лучше утеплено здание, тем меньше тепла понадобится для его обогрева, поэтому решить проблему теплоизоляции рекомендуется еще до начала монтажа. Для вас же мы приводим ориентировочные данные для общего ознакомления.

Ориентировочная зависимость необходимой теплопроизводительности ТН от площади дома с хорошими теплоизоляционными свойствами

Технология правильного обслуживания

Работа тепловых насосов регулируется автоматически, поэтому никакого особого ежедневного ухода эта система не требует. Все же рекомендуется периодически, хотя бы раз в год, осматривать все элементы системы, чтобы выявить возможные неполадки и предотвратить их. Владельцу теплового насоса следует:

1. Проверять состояние всех имеющихся фильтров и прочищать их.
2. Контролировать температуру масла в компрессоре (оно должно быть теплым).
3. Удалять мусор, попавший в наружный теплообменник.
4. Удалять пыль и грязь с температурных датчиков.
5. Проверять состояние проводки и линии подключения.
6. Осматривать шланги, трубы и места их соединений, выявляя протечки.
7. При необходимости смазывать соответствующие точки двигателя и вентилятора.

Обычно компрессор снабжен системой подогрева масла. Перед запуском насоса следует на несколько часов оставить его включенным, чтобы масло успело прогреться. Без этой предосторожности оборудование может очень быстро выйти из строя.

Mitsubishi Heavy Industries внедряет современные технологии во многих областях, и предлагает наиболее полные решения для создания экологически чистой жизни общества.

Тепловой насос «воздух-вода» - один из наших продуктов, воплотивший в себя непревзойденные технологии, позволяющие обеспечить минимальное потребление энергии, безопасность и надежность эксплуатации.

Тепловой насос с передачей тепла от воздуха к воде – это революционная система рециркуляции энергии, которая снижает нагрузку на окружающую среду, повторно используя тепло, вырабатываемое в повседневной жизни.

Снижение текущих расходов с помощью теплового насоса

Тепловые насосы на каждый потребленный 1,00 киловатт электрической энергии способны вырабатывать до 4,44 кВт тепловой, что делает эту систему намного эффективнее всех традиционных способов создания микроклимата.

Принцип действия теплового насоса

Тепловой насос «воздух-вода» - это система, обеспечивающая отопление, горячее водоснабжение и охлаждение зданий. В общих словах принцип действие теплового насоса при работе на нагрев можно описать следующим образом:

• Наружный блок с помощью хладагента отбирает тепловую энергию из наружного воздуха (источник тепла). Хладагент поступает в компрессор, где после сжатия его температура увеличивается.
• Горячий хладагент (теперь в форме газа) поступает в теплообменник внутреннего блока фреон-вода.
• Хладагент передает тепло воде, которая затем переносит его к элементам климатической системы.
• Хладагент (снова в жидкой фазе) возвращается в наружный блок, и цикл повторяется.

При работе на охлаждение тот же процесс происходит в обратном порядке – хладагент отбирает тепло из воды, передает в наружный блок, а затем – в воздух. Внутренний блок определяет, когда необходимо включить наружный, основываясь на данных, полученных от температурного датчика. Если тепла требуется больше, чем может обеспечить наружный блок, внутренний блок подключает к работе дополнительный электрический нагреватель или другое подсоединенное нагревательное устройство.

Преимущества

Низкие эксплуатационные расходы благодаря инверторному управлению компрессором. Скорость компрессора регулируется в зависимости от потребности в тепле/холоде. При работе на нагрев система имеет самый большой в отрасли коэффициент СОР – 4,08~4,44*

• Объединив бак для горячей воды с водяным теплообменником внутреннего блока, удалось получить компактный размер блока – основание 600х650 мм. Схемы электропроводки и фреонового трубопровода упростились с изменением конструкции внутреннего блока.
• Максимальная температура подаваемой воды 65°C при условии использования дополнительного нагревателя достаточной мощности, чтобы система могла компенсировать нерегулярное и избыточное потребление горячей воды (при использовании только компрессора макс. температура воды 58°C).
• Различные установки температуры дезинфекции в зависимости от требований конкретной страны.
• Достаточное давление воды и ее качество поддерживаются благодаря прямой подаче воды, а не использованию воды из бака, это же снижает риск появления бактерий легионеллы
• Возможно подсоединение к внешним источникам тепла, включая солнечные коллекторы. Более подробная информация представлена в руководстве по монтажу.

Перед многими людьми, построившими загородный дом или дачу, возникает вполне резонный вопрос: с помощью чего обогреть свое жилище? Какой вариант отопления будет наиболее оптимальным, если строение находится далеко от коммуникаций?

В таком случае использование будет наиболее эффективным способом обогрева загородного коттеджа или дачного домика.

– это специальный вид отопительного оборудования, которое собирает рассеянное тепло из окружающей среды и аккумулирует его в тепловую энергию для обогрева жилого помещения.

В этой статье поговорим обо всех особенностях теплового насоса «воздух-вода», а также о важных моментах монтажа этой системы отопления для загородного дома.

Принцип работы

Размещение блоков системы воздух-вода

Конструкция теплового насоса состоит из двух блоков:

• внешний;
• внутренний.

Внешний блок имеет следующие конструктивные элементы:

• теплообменник;
• вентилятор;
• компрессор.

Внутренний блок состоит из следующих узлов:

• система управления тепловым насосом;
• циркуляционный насос;
• теплообменник.

Принцип работы теплового насоса заключается в следующих важных моментах:

Таким образом, можно сделать вывод о том, что работа теплового насоса «воздух-вода» заключается в преобразовании и последующем переносе тепловой энергии из окружающей среды в отопительную систему жилого помещения.

Плюсы и минусы

Отопительная система с тепловым насосом имеет ряд позитивных достоинств, которые выражаются в следующих важных моментах:

• для вырабатывания тепловой энергии не требуется использование различных видов топлива;
• использование теплового насоса позволяет эффективно обогревать жилое помещение;
• срок эксплуатации составляет более 25 лет, что говорит о надежности использования этого вида отопительного оборудования;
• экологичность теплового насоса заключается в том, что не происходит абсолютно никаких выбросов в окружающую атмосферу;
• в теплое время года существует возможность использования этого устройства в качестве кондиционера;
• простота в управлении тепловым насосом;
• можно использовать в сочетании с другими устройствами возобновляемой энергии.

Тепловые насосы «воздух-вода» имеют один существенный недостаток – это достаточно высокая цена, которая не позволяет широко распространиться отоплению этого вида.

Поэтому очень важно произвести наперед, чтобы просчитать эффективность использования отопительной системы с теплонасосом.

Особенности монтажа

Поскольку отопительная система с тепловым насосом «воздух-вода» - достаточное сложное техническое устройство, то ее монтаж лучше всего доверить высококвалифицированным специалистам.

Если вы решили оборудовать систему своими руками, то необходимо, прежде всего, правильно рассчитать время на установку отопления с тепловым насосом.

Этапы каждого вида монтажных работ могут составлять:

• подготовительные работы ориентировочно будут длиться 1–2 недели;
• установка наружного блока теплового насоса – 3–7 дней;
• оборудование внутреннего блока и монтаж отопительной системы – 1–2 недели;
• запуск и отладка работы – 2–3 дня.

Стоит также помнить, что при установке теплового насоса следует знать особенности монтажа, к которым можно отнести следующие моменты:

Совет специалистов: при оборудовании отопления с тепловым насосом «воздух-вода» наиболее оптимальным вариантом обогрева будет являться теплый пол.

Мы рассмотрели все особенности и характеристики теплового насоса «воздух-вода». Исходя из всего вышесказанного, можно смело утверждать: такая отопительная система является экономичным и эффективным средством обогрева, которая в скором времени завоюет достаточное внимание.

Смотрите видео, в котором подробно показан принцип работы теплового насоса воздух-вода, а также отзывы владельца и специалистов:

Использование неисчерпаемых природных ресурсов чистой энергии приносит не только экономическую выгоду, но и позволяет сберечь не подлежащие возобновлению энергоносители — нефть, газ, уголь. Тепловые насосы позволяют эффективно использовать природное тепло для отопления помещений и подогрева воды.

Среди всех видов наибольшее применение вследствие принципа работы и своих технических характеристик нашел тепловой насос воздух вода, который многие умельцы вследствие его дороговизны (заводская модель от Daikin со средними параметрами без установки стоит около 14 000 у.е.) собирают и устанавливают своими руками.

Рис.1 Принцип работы теплового насоса воздух — вода

В России, вследствие относительной дешевизны и доступности природного газа, в основном используемого для отопления, данные устройства не слишком распространены. К тому же заводские тепловые насосы из-за высокой стоимости недоступны подавляющему количеству населения, что вынуждает многих людей ради экономии производить расчет и собирать подобные устройства своими руками.

Совсем иное отношение к теплонасосам в США, Японии и многих Европейских странах (Германии, Швеции, Финляндии, Франции, Норвегии, Швейцарии) — там люди не только умеют считать деньги, экономя энергоресурсы, но и заботятся о чистоте окружающей среды.

В Америке в год выпускается около 1 миллиона тепловых насосов, которые всегда находят сбыт в северных районах — закон обязывает строительные компании устанавливать данное оборудование во вновь возводимых зданиях.

На территории Японии работает 3,5 миллиона тепловых насосов, ежегодный объем продаж составляет 550 тысяч единиц.

Рис. 2 Отопительный тепловой насос воздух-вода — основные узлы

В Швеции теплонасосы отапливают более половины домов, в Германии и Финляндии семьям, устанавливающим данное оборудование, государство оказывает финансовую поддержку. В Германии в начале эпохи распространения тепловых насосов правительство субсидировало 50% стоимости оборудования, в настоящее время остался лишь льготный тариф на электроэнергию, 3000 евро при покупке и установке теплонасоса своими руками государство компенсирует в Финляндии.

Японцы не только широко применяют тепловые насосы, но и являются новаторами в развитии технологий и мировыми лидерами в производстве оборудования для тепловых насосов.

На российском рынке широко представлены ведущие японские производители воздушных теплонасосов — Daikin (модели воздух-вода Altherma) и Mitsubishi Electric (линейка тепловых насосов воздух-воздух Zubadan), реже встречается продукция известного бренда Hitachi Yutaki, Chofu, Fujitsu.

Об объемах производства насосного оборудования говорит тот факт, что на своих 12 предприятиях с 30 тысячами сотрудников Daikin за 1 год поставляет более 1 миллиона единиц насосного оборудования в жилые дома, торговые центры, офисные здания в Японию, страны Европейского континента и Россию.

Mitsubishi Electric — компания, основанная в 1921 году, является всемирно известным брендом, производящим широчайший спектр электронного оборудования от бытовых электроприборов, до космических систем. На мировом континенте за пределами Японии расположено около 108 производственных площадок и научно-исследовательских центров, благодаря которым тепловые воздушные насосы Zubadan могут эффективно работать при температуре воздуха до -25 С.

Рис. 3 Установка отопительного оборудования с теплонасосом в доме

Помимо японских производителей тепловые насосы производят многие известные европейские бренды (Nibe, Stiebel Eltron, Dimplex, Nibe, AJ Tech, Technibel, Atlantic, Airwell, Bosch, Vaillant, Viessmann, Wolf, De Dietrich, Ferroli), корейцы (LG и Samsung) и американцы (FHP, KlimateMaster, Mammoth), но на российском рынке их доля существенно меньше, чем у японских концернов.

Особенности тепловых насосов воздух — вода от ведущего производителя Daikin

Рис. 4 Основные узлы отопительной системы Daikin Altherma

Одна из наиболее известных на рынке систем отопления с использованием технологии воздушного теплонасоса — Daikin Altherma имеет следующие особенности:

• Помимо отопления система Daikin Altherma производит нагрев воды и охлаждение воздуха в летнее время (кондиционирование).
• Коэффициэнт эффективности СОР системы равен 3 — на 1 кВт. затраченной электроэнергии производится 3 Квт. тепла. Это в 5 раз эффективней обогрева помещений природным топливом или электрическими котлами.
• Система состоит из компактных наружного и внутреннего блока, первый довольно просто монтируются, и в отличие от других видов теплонасосов не требует проведения масштабных земляных и буровых работ.
• Daikin Altherma экологична и не выделяет в прямом виде углекислый газ, безопасность в работе гарантируется отсутствием в системе горючих и вредных веществ и опасных физических процессов при работе. Тепловые насосы компании первыми в мире получили экологический знак качества Eco-label.
• Система может работать с солнечным коллектором и температуре окружающей среды не менее — 20 С.
• Отличительной особенностью Daikin от других производителей является выпуск теплонасосов в двух исполнениях: низкотемпературном (вода для отопления дома на выходе имеет температуру до 70 С) и высокотемпературном — Daikin Altherma High Temperature выдает воду до 80 С.

Подбор теплонасосов для отопления дома от Daikin.

Рис. 5. Устройство внешнего и внутреннего блока Daikin Altherma

Подбор подходящей системы отопления Altherma включает в себя 3 этапа:

1. Определение необходимой температуры воды на выходе системы и расчет тепловой нагрузки.
2. Расчет потерь тепловой энергии при ее передаче и вентиляции.
3. Выбор системы Altherma с помощью специальных программ Daikin на основе предыдущего расчета потерь.

Рис. 6 Теплонасос, собранный своими руками

Цены на тепловые насосы:

Одной из целей Европейской Директивы RES о природных источниках топлива является 20% переход к 2020 году на возобновляемые источники энергии, к которым относится воздух. Расчеты показывают, что воздушные тепловые насосы потребляют в 3 — 5 раз меньше электроэнергии при отоплении помещений, чем традиционные виды отопительных систем.

Заводские модели довольно дороги и окупятся в зависимости от условий эксплуатации через 10 — 15 лет, но если правильно рассчитать и изготовить систему отопления воздух — вода своими руками, то она начнет окупаться намного раньше.