Тепловой насос воздух-вода

В зависимости от используемого теплонасосами источника энергии, выделают системы:

• грунт-вода;
• вода-вода;
• воздух-воздух;
• воздух-вода.

Каждая из систем имеет особенности, определяющие рабочие параметры. 

Тепловые насосы системы воздух-вода - один из популярных вариантов альтернативного отопления частного дома. Все потому, что они дают возможность получить тепло для обогрева жилья из воздуха, не требуя топлива и постоянного контроля со стороны владельца. 

Принцип работы теплового насоса воздух-вода

Воздушный теплонасос работает по отлаженному принципу. Его можно представить несколькими этапами:

1. Во внешний (уличный) блок оборудования встроен производительный вентилятор, забирающий воздух с улицы.
2. При втягивании воздух контактирует с контуром испарителя-теплообменника, по которому двигается хладагент с низкой температурой кипения.
3. Под действием низкопотенциального (низкотемпературного) тепла воздуха хладагент перегревается, закипает и становится газом.
4. Газообразный хладагент подается в компрессор, работающий от электричества, где выполняется его сжатие. При сжатии температура хладагента многократно увеличивается.
5. Перегретый хладагент под давлением поступает в конденсатор, где отдает тепло воде, циркулирующей по контуру домашнего отопления.
6. Отдавая тепловую энергию, хладагент остывает и возвращается в жидкое состояние.
7. Следом рабочая жидкость поступает в расширительный вентиль, где ее давление снижается до нормального. 
8. Затем хладагент снова подается в испаритель и цикл повторяется повторно.

Классический вариант распределения нагретого таким способом теплоносителя - подключение к теплообменнику двух независимых линий:

• к распределительной гребенке;
• к водонагревателю (бойлеру).

В свою очередь, уже непосредственно к гребенке подключаются отопительные приборы, система теплый пол и другое оборудование.  Этот вариант подключения позволит использовать отопление и систему горячего водоснабжения в разных режимах. 

Работа в режиме охлаждения

Тепловые насосы системы воздух-вода можно использовать не только для обогрева зимой, но и для поддержания в доме комфортной, прохладной температуры летом.  Для работы на охлаждение циркуляция хладагента просто запускается в обратном направлении.  Но, поскольку в комнате холодный воздух опускается вниз, вытесняя теплый наверх, чтобы комфортные условия были созданы по всему объему помещения, для охлаждения потребуется установка обдуваемого вентилятором конвектора. Одновременно с этим, если правильно организовать систему теплоснабжения, даже при работе теплового насоса на охлаждение, он сможет выполнять водоподготовку для горячего водоснабжения. 

Виды оборудования по типу конструкции

Воздушные теплонасосы бывают:

• моноблочные (все узлы размещены в одном корпусе);
• сплит-системы (устройство разделено на два блока - внешний и внутренний, который непосредственно взаимодействует с домашней системой теплоснабжения).

В свою очередь моноблочные имеют исполнения с:

• внутренним монтажом;
• внешним монтажом.

Сплит-системы бывают:

• с промежуточным теплообменным контуром;
• с разделенным контуром, заполненным хладагентом.

Моноблочные теплонасосы

Теплонасосы-моноблоки с внутренним монтажом подразумевают установку оборудования в помещении.  Преимуществом такого варианта считается защита техники от деструктивных внешних факторов, в том числе осадков и погоды.  Недостаток такого варианта монтажа - надо предусматривать большие отверстия в стене помещения, где будет установлен блок, для достаточного притока воздуха.
Моноблоки с наружным (внешним) монтажом чаще используются, когда помещение для котельной в доме не предусмотрено.  Размещение всех элементов в одном корпусе теплонасоса снаружи дома дает преимущество в виде снижения уровня шума. Кроме того, в таком случае не нужно делать в стенах приточные каналы для воздуха. Недостатки очевидны:

• наружное размещение может привести к замерзанию системы в случае простоя;
• уличный блок надо утеплять и защищать от осадков.

Сплит-системы

Сплит-системы воздушного отопления, имеющие раздельный контур хладагента, немного схожи с бытовыми кондиционерами. Главные преимущества:

• простой монтаж;
• нет риска замерзания системы, так как основной блок располагается в доме;
• в котельной не надо много места для внутреннего блока (он компактный, так как часть оборудования размещается на улице);
• источник шума устанавливается вне дома.

Недостатков у сплит-систем с раздельным контуром несколько:

• необходимость утепления трубопровода, соединяющего внешний и внутренний блоки;
• жесткие требования к удаленности размещения внешнего блока (чем ближе - тем лучше, так как меньше путевые теплопотери);
• вынужденное вмешательство в контур рабочей жидкости.

Системы с промежуточным теплообменником предусматривают установку дополнительного теплообменного контура, нагревающего поступающий воздух или поддерживающего температуру хладагента. Такое исполнение делает теплонасосы универсальными и снижает риск заморозки.  Главный минус этого оборудования - нужны дополнительные расходы на установку дополнительного контура.

Инверторные модификации теплонасосов

Интеграция инвертора в оснащение оборудования обеспечивает плавность пуска установки и позволяет насосу автоматически регулировать производительность в зависимости от температуры наружного воздуха. При этом:

• КПД возрастает до 90-95%;
• потребление энергии уменьшается на 15-20%;
• снижается нагрузка на электросеть;
• увеличивается срок службы установки.

Инверторный теплонасос позволяет поддерживать неизменную температуру в доме, независимо от погоды на улице.  Кроме того, с инвертором система может работать не только на обогрев, но и на охлаждение в летний период.  При этом, надо понимать, что воздушные теплонасосы с инвертором дороже, то есть срок окупаемости всей системы будет больше. 

Расчет мощности теплонасоса воздух-вода

Расчет необходимой для отопления мощности и производительности установки надо выполнять в два этапа:

• предварительный (расчет в первом приближении);
• проектный (выполняемый с учетом условий местности, теплопотерь и других показателей). 

Предварительный

Предварительный расчет можно сделать даже самостоятельно. Так, на 1 квадратный метр жилья надо 70 Вт мощности теплонасоса. Например, для отопления жилья площадью 100 квадратных метра надо 7 кВт тепла. Но, это минимально необходимой показатель - оборудование лучше выбирать с запасом в 10-20%. 

Проектный

Точность проектного расчета помогает обеспечить эффективность и экономичность отопления. Для него понадобится проектная документация, анализ условий местности, оценка фактических теплопотерь и компетентное планирование монтажа. Поэтому, этот этап лучше доверить специализированным организациям. 

Основные критерии выбора теплового насоса

Чтобы тепловой насос системы воздух-вода обеспечивал качественный обогрев жилых, складских или производственных помещений, при выборе надо учитывать несколько параметров.

Тип корпуса

Базовых варианта конструкции корпуса всего два:

• моноблок;
• сплит.

Функционал

В зависимости от модели, теплонасосы воздух-вода могут имеют разные функциональные возможности.  Так, одни модели предназначены только для отопления здания. В то время, как другие могут обогревать здание, готовить воду для горячего водоснабжения и бассейна. 

Зависимость от температуры среды

Для большинства (но не всех) бытовых моделей диапазон рабочих температур находится в пределах от +45 до -15 градусов. Это может немного ограничивать их применяемость в разных регионах.  При этом, есть воздушные теплонасосы, способные работать даже в мороз до -30 градусов. Чтобы исключить риски, при всех равных лучше отдавать предпочтение таким моделям. 

Правила и рекомендации установки теплонасоса системы воздух-вода

Эффективность и удобство использования тепловых насосов во многом зависит от правильности монтажа. Чтобы выполнить его корректно, надо следовать некоторым правилам.

1. Внешний блок системы воздух-вода можно размещать на расстоянии от 2 до 20 метров от жилого дома. При этом, чем ближе расположен агрегат - тем лучше.
2. В случае уличного монтажа над внешним блоком надо делать навес. Это поможет защитить оборудование от осадков и пыли.
3. Уличный блок можно установить на металлическую основу или подвесить на стену здания. При этом, в первом случае надо предусмотреть прокладку из амортизирующих материалов или элементов, помогающих компенсировать вибрации.
4. Места соединения контура, по которому двигается фреон, должны быть завальцованы.
5. Чтобы снизить шум работающего уличного блока можно использовать звукоизолирующие материалы.

Рентабельность установки теплонасосов системы воздух-вода

Реальную выгоду применения теплонасосов типа воздух-вода можно оценить, вычислив соотношение портаченной энергии к полученной - коэффициент СОР.  То есть, СОР - это отношение затраченного электричества, нужного для работы узлов теплонасоса, к количеству полученной тепловой энергии.  Например, СОР=3 указывает на то, что на 1 кВт затраченной электроэнергии насос выделяет 3 кВт тепла.  В идеальных условиях работы СОР воздушных теплонасосов находится в пределах от 2 до 3 единиц, то есть КПД такой системы может достигать 300%.
При этом, надо учитывать, что системы воздух-вода зависимы от переменчивых параметров воздуха:

• температуры;
• влажности;
• направления;
• порывов.

Поэтому, еще на этапе расчета и монтажа надо предусмотреть решения, помогающие сохранять производительность оборудования. Например, в регионах с суровым климатом лучше выбирать модели с ТЭНом во внешнем блоке.

Рекомендации по обслуживанию системы

Отопительная система с использованием таких тепловых насосов регулируется автоматически и не нуждается постоянного наблюдения.  При этом, сезонный и ежегодный сервис все же проводить нужно - это поможет своевременно обнаружить моменты, требующие ремонта.  Во время обслуживания нужно обращать внимание на несколько нюансов:

1. Чистить фильтры надо регулярно. В случае необходимости, их надо сразу менять.
2. Важно контролировать температуру масла в компрессоре - оно должно быть теплым.
3. Нельзя допускать загрязнения внешнего блока - это может снизить производительность и эффективность системы. Также надо содержать в чистоте датчики температуры.
4. Оплетка проводки должна быть целой, без следов тления или заломов.
5. Шланги и трубы, в том числе в местах соединений, не должны иметь протечек или дефектов.
6. Движущиеся части внешнего блока периодически нужно смазывать - это исключает заклинивание и уменьшает шум во время работы.

Преимущества и недостатки

Применение воздушных теплонасосов для отопления частного дома эффективно. При этом, у такого варианта обогрева, конечно же, есть преимущества и недостатки.

Преимущества системы

1. Воздух - бесплатный, возобновляемый ресурс, который есть везде, поэтому воздушный теплонасос можно использовать повсюду - будь то густонаселенный город, как Москва, или пригородный поселок.
2. Воздушные тепловые насосы могут работать, как в качестве основного источника отопления, так и в виде вспомогательного.
3. Для монтажа внешнего контура (блока) не надо проводить земельные работы и укладывать трубчатый теплообменник. Это делает монтаж дешевым и быстрым.
4. Внешний блок не занимает много места. Поэтому, такая система подойдет для монтажа даже на небольших придомовых территорий.
5. Низкие затраты на монтаж гарантируют быструю окупаемость системы отопления.
6. Оборудование соответствует высокому классу энергоэффективности (до A++).
7. Управление воздушным теплонасосом можно автоматизировать. Некоторые модели даже позволяют вести управление удаленно.
8. Инверторные теплонасосы позволяют плавно регулировать производительность компрессора и снизить пусковые токи (для увеличения срока службы). 
9. Оборудование экологично. Не надо сжигать топливо, нет выделения вредных веществ, безопасно для жильцов дома.
10.  Для монтажа и применения теплонасосов системы воздух-вода не надо получать разрешение или других документов.

Недостатки системы

1. У воздушных теплонасосов есть зависимость от уличной температуры. Чем холоднее на улице - там ниже СОР (если нет компенсирующего температуру нагревательного элемента).
2. При размещении на улице внешний блок воздушного теплонасоса постоянно подвержен воздействию температур, влаги, осадков и других факторов. Поэтому, он изнашивается быстрее, чем внешний теплообменник геотермальных теплонасосов.
3. Уличный блок-теплообменник требует периодической разморозки. Она происходит не прогнозировано. Зачастую во время разморозки отопление не работает.  

Заключение

Теплонасос воздух-вода - один из эффективных и рентабельных способов отопления дома. Для использования этого альтернативного источника обогрева не нужен сложный монтаж, топливо, большие приусадебные территории или разрешения от специорганизаций. Конечно, у такого варианта отопления есть недостатки, но они незначительны и полностью компенсируются экономичность, высоким КПД и перспективностью использования системы.