Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch: princíp činnosti, návrh, výber a výpočty

Chcete si vo svojom dome inštalovať konvektorové vykurovanie, kde sa na ohrev chladiacej kvapaliny používa tepelné čerpadlo vzduch-vzduch, poskytujúce výraznú úsporu nákladov na vykurovanie? Súhlaste, že získať plnohodnotné vykurovanie vo firme teplou vodou prakticky zadarmo je veľmi lákavý podnik.

Neviete však, ako postaviť takýto systém na alternatívne vykurovanie miestností a získavanie teplej vody pre domáce potreby?

Pomôžeme vám vyriešiť tento problém - článok sa zaoberá princípom činnosti a dizajnom čerpadla. Takýto systém bude musieť vynakladať energiu iba na prevádzku kompresora a hlavný objem tepla bude jednoducho odoberaný z ulice z atmosféry, za ktorú sme ešte nežiadali peniaze.

Zvažujú sa aj výhody jeho implementácie do systému a značné nevýhody. Zvláštna pozornosť sa venuje výberu a výpočtu čerpadla.

A pre tých, ktorí radi robia všetko vlastnými rukami, odporúčame postaviť si takéto čerpadlo sami pomocou dostupných materiálov. Na pomoc poskytujeme fotografické materiály a video odporúčania o návrhu a prevádzke vzduchového tepelného čerpadla.

Charakteristika tepelného čerpadla vzduch-vzduch

Akékoľvek tepelné čerpadlo patrí k zariadeniam zo sféry alternatívna energia. Odoberá tepelnú energiu vzdušných hmôt na ulici, z okolitého priestoru v interiéri, aby ňou vykuroval bytové a nebytové objekty.

Nepoužíva žiadne horľavé palivá.

Externé tepelné čerpadlo (TN) vzduch-vzduch je podobný invertorovej klimatizácii, split systém z vonkajšieho a vnútorného bloku.

A podľa princípu fungovania to skôr pripomína chladničku, ale pôsobí „opačne“. Ale na rozdiel od oboch je toto tepelné čerpadlo schopné ochladzovať aj ohrievať vzduchové hmoty v dome.

Tepelné čerpadlo odoberá nekvalitnú tepelnú energiu z vonkajšej atmosféry a ohrieva ňou vzduch v miestnosti na príjemnú teplotu

Princíp fungovania a vnútorná štruktúra

Fungovanie HP vzduch-vzduch je založené na jednoduchom fyzikálnom jave termodynamiky - keď sa kvapalina vyparuje, ochladzuje povrch, z ktorého je rozptýlená. Rovnaký účinok má napríklad para nad hrnčekom horúceho čaju.

Na tomto princípe funguje bežná chladnička. Vo vnútri sú rúrky, cez ktoré cirkuluje chladivo pod vysokým tlakom. Odoberá teplo z vnútra mrazničky, pričom sa mierne ohrieva.

Potom sa zozbierané teplo uvoľňuje do ovzdušia miestnosti cez výmenník tepla (mriežka v zadnej časti chladničky).

Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch v zime ohrieva vzduch v miestnosti a v lete ho dokáže ochladiť

A aby sa chladivo ochladilo na prevádzkové teploty, je stlačené v kompresore. Navyše počas pracovného cyklu freón vo vnútri systému kompresor-kondenzator-vyparnik neustále sa mení z plynného na kvapalné a späť.

Vzduchové tepelné čerpadlo funguje presne rovnakým spôsobom. Teplo odoberá iba z ulice a nie z uzavretej mrazničky. Aj keď je vonku mráz, v atmosfére je stále veľa tepelnej energie.

Na výrobu tepla potrebuje tepelné čerpadlo iba energiu vynaloženú na prevádzku kompresora. Diagram podrobne zobrazuje proces prenosu tepla

Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch sa skladá z nasledujúcich prvkov:

• kompresor;
• výparník s ventilátorom s núteným obehom vzduchu;
• expanzný ventil;
• medené rúry na čerpanie freónu medzi ulicou a domom;
• kondenzátor s ventilátorom privádzajúcim ohriaty vzduch do miestnosti.

Prvé tri prvky tvoria vonkajšiu jednotku a posledný patrí k vnútornej časti tepelného čerpadla. Tepelne izolované medené rúrky sú určené na nepretržitý pohyb chladiacej kvapaliny medzi týmito modulmi deleného systému.

Pohyb freónu v tepelnom čerpadle prebieha v začarovanom kruhu, v dôsledku čoho sa neustále sťahuje a rozťahuje

Prevádzkový algoritmus tepelného čerpadla vzduch-vzduch je nasledujúci:

1. Vonkajší vzduch je nasávaný do vonkajšej jednotky ventilátorom a hnaný cez rebrá externého výparníka. Freón cirkulujúci cez výmenník tepla absorbuje tepelnú energiu, ktorá je v ňom k dispozícii, pričom prechádza do plynného stavu.
2. Plyn potom vstupuje do kondenzátora, kde je stlačený. A potom sa čerpá cez medené potrubia do vnútornej jednotky.
3. V kondenzátore umiestnenom v dome sa plyn mení späť na kvapalinu a odovzdáva teplo vnútornému vzduchu.
4. Potom sa pretlak uvoľní cez expanzný ventil a kvapalný freón sa opäť pošle do primárneho výparníka.

Teplota freónu vstupujúceho do vonkajšej jednotky je vždy nižšia ako teplota okolia. Preto vždy odoberá teplo z atmosféry.

Úroveň „chladenia“ chladiacej kvapaliny v systéme je však konštantná a vonkajšia teplota neustále kolíše.Z tohto dôvodu pri silných mrazoch stráca TN účinnosť.

Cyklus pohybu chladiva tepelného čerpadla vzduch-vzduch: 1. je stláčané kompresorom, 2. kondenzuje vo výmenníku tepla, pričom odovzdáva teplo, 3. vstupuje do vonkajšieho výmenníka tepla vo forme kvapaliny, 4. tam sa vyparuje, pričom pri vyparovaní zachytáva tepelnú energiu vonkajšieho prostredia, 5. sa opäť vracia do kondenzátora.

Pre zvýšenie výkonu tepelného čerpadla sú plochy kondenzátora a výparníka vyrobené čo najväčšie. A pre neprerušovanú prevádzku v zime je externý výmenník tepla vybavený vlastným systémom odmrazovania.

Výhody a nevýhody vzduchového tepelného čerpadla

Každý technicky zložitý systém má svoje výhody a nevýhody. Reklamné brožúry sú jedna vec, no v skutočnosti majitelia tepelných čerpadiel riskujú, že sa stretnú s určitými problémami.

Vykurovacie/chladiace jednotky vzduch-vzduch sú výhodné z viacerých dôvodov.

Medzi hlavné výhody patrí:

• Všestrannosť. Systémy umožňujú vykurovať a chladiť miestnosti v závislosti od účelu miestnosti, potrieb a klimatickej sezóny.
• Šetrnosť k životnému prostrediu. Umožňujú úplne zastaviť spaľovanie zemného plynu, uhlia, palivového dreva a pod., ktoré znečisťujú prírodné prostredie splodinami horenia.
• Jednoduchá inštalácia. Zostavenie systému z továrensky vyrobených komponentov nie je náročné. Tepelné čerpadlo si môžete postaviť sami pomocou dostupných materiálov.
• Požiarna bezpečnosť. Proces výroby tepla nezahŕňa použitie paliva. Ani prerušenia prevádzky zariadenia nepovedú k požiarom.
• Ekonomický. Sú atraktívne vysokým súčiniteľom prestupu tepla pri minimálnych nákladoch (na 1 kW spotrebovanej elektriny vyrobia 4–5 kW tepla). Navyše sa rýchlo splácajú.
• Cenová dostupnosť. Náklady na systémy vyrobené v továrni umožňujú takmer každému kúpiť tepelné čerpadlo. Vlastná inštalácia bude prakticky zadarmo.
• Jednoduchosť použitia. Technicky najzložitejším zariadením v systéme je kompresor, s údržbou ktorého sa ťažko vyrovnáva. Pri typickom zaťažení tepelných čerpadiel kompresory len zriedka zlyhajú pred časom, ktorý sľubuje výrobca.

Na organizovanie vykurovania v jednej miestnosti to stačí nainštalujte rozdelený systém, zavesenie vonkajšieho modulu na fasádu a konvektor na vnútornú stenu. Ak chcete vykurovať niekoľko miestností, budete musieť nainštalovať rozvody vyhrievaného vzduchu.

Na každý spotrebovaný kilowatt elektriny vyrobí tepelné čerpadlo až päť kilowattov tepelnej energie

Celé ovládanie tepelného čerpadla vzduch-vzduch sa vykonáva pomocou vstavanej automatiky. Obsluhe a konfigurácii tohto systému nebudete musieť venovať zvláštnu pozornosť. Vzduchové filtre budete musieť pravidelne čistiť a občas ich meniť.

Medzi negatívne aspekty tepelných čerpadiel patria:

• aj keď nevýznamný, ale stále hluk pozadia;
• priama závislosť účinnosti systému od vonkajšej teploty;
• zvýšenie spotreby energie, keď sa vonku ochladí;
• prach neustále visiaci vo vzduchu v dôsledku nepretržitej prevádzky ventilátora a prúdenia vzduchu v miestnosti;
• závislosť od napájania (pre neprerušovanú prevádzku bude potrebný generátor).

Pri vonkajších teplotách do -10°C všetko funguje perfektne, teplo odoberané z ulice stačí na vytvorenie komfortných podmienok v dome. Ale s ďalším chladením sa účinnosť rezacieho čerpadla znižuje.

Ak je chata postavená v oblasti s chladným podnebím a silnými mrazmi v zime, potom sa bez prídavného kotla alebo krbu nezaobídete.

V teplom podnebí sa vzduchové tepelné čerpadlo bez problémov vyrovná s úlohami vykurovania súkromného domu, ale pri silných mrazoch neublíži dodatočný zdroj tepla.

Pre usporiadanie ohrevu vzduchu Takéto systémy sú ideálne. Minimálna spotreba energie, námaha pri inštalácii a problémy s údržbou. Ale nemôžu ohrievať vodu. Aby ste to dosiahli, budete musieť dodatočne nainštalovať kotol alebo sa pripojiť k centralizovaným sieťam.

Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch sú optimálnym spôsobom vykurovania budov z dreva alebo SIP. Takéto budovy majú nízke tepelné straty a kapacita vzduchového tepelného čerpadla na ich vykurovanie je bohatá.

Na ohrev bazénovej vody možno v lete využiť tepelné čerpadlo vzduch-vzduch

Zásadné rozdiely oproti klimatizácii

Navonok je tepelné čerpadlo vzduch-vzduch podobné klimatizácii pre domácnosť. Má však svoje vlastné charakteristické dizajnové prvky a technické vlastnosti.

Prvé zariadenie sa používa ako hlavný zdroj vykurovania s celoročnou prevádzkou. A druhý je skôr určený na ochladzovanie vzduchu v letných horúčavách.

Hlavnou funkciou tepelného čerpadla je vykurovanie. Mnohé modely sú však schopné chladiť aj vnútorný vzduch. Ale v tomto prevádzkovom režime sú z hľadiska energetickej účinnosti výrazne nižšie ako klimatizácia. Ide skôr o extrémny prípad ich použitia.

Vo vzhľade sú klimatizácia a ohrievač vzduchu podobné, ale majú úplne odlišné účely a výkonnostné charakteristiky

Na druhej strane mnohí invertorové klimatizácie môže ohrievať vnútorný vzduch. Ale spotrebujú oveľa viac elektriny ako tepelné čerpadlá. Každé zariadenie má svoj vlastný účel.

Využívanie HP vzduch-vzduch je predovšetkým prechodom na obnoviteľné zdroje energie.

Tieto systémy sú nákladovo efektívne aj napriek veľkej počiatočnej investícii peňazí. Zníženie účtov za kúrenie zaplatí všetky počiatočné náklady.

Výber a výpočty tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch bude účinné len vtedy, ak je správne zvolené. Je potrebné vopred vypočítať jeho výkon v závislosti od štvorcových záberov domu. A až potom sa pozrite na ceny rôznych výrobcov.

Pri výpočtoch sa používa koeficient energetickej účinnosti COP (pomer výkonu TÚ k vynaloženej energii).

V „skleníkových podmienkach“ často dosahuje 4–5 bodov a najmodernejšie modely dosahujú 7–8. Keď však vonkajšia teplota klesne na -15–20°C, toto číslo prudko klesne len na dve.

Tepelné čerpadlo produkuje optimálny vykurovací výkon pri vonkajších teplotách -10...+10 stupňov Celzia, takže odoberá až ¾ tepelnej energie z ulice

o výpočet ohrevu vzduchu treba brať do úvahy:

• tepelná izolácia a izolácia priestorov;
• plocha miestností;
• počet ľudí žijúcich v chate;
• všeobecné klimatické podmienky oblasti, kde sa dom nachádza.

Pre väčšinu domov je potrebných asi 0,7 kW výkonu tepelného čerpadla na každých desať metrov štvorcových. Ale tu je všetko úplne ľubovoľné. Ak sú stropy vyššie ako 2,7 m alebo sú steny a okná zle izolované, bude potrebné viac tepla.

V Ázii aj v Európe je veľa výrobcov tepelných čerpadiel vzduch-vzduch.

Systémy majú dobré recenzie od Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Nosič, Aertec, Panasonic A Toshiba. Takmer všetky ich modely sú prispôsobené domácim prevádzkovým podmienkam a osvedčili sa.

Ani pri napäťových rázoch sa nerozbijú a po zapnutí elektriny ďalej fungujú správne.

Cena prevádzkových vzduchových tepelných čerpadiel sa pohybuje od 90 do 450 tisíc rubľov. Tu veľa závisí nielen od výkonu jednotky, ale aj od dodatočnej funkčnosti a krajiny výroby.

Vybrané modely dopĺňajú:

• filtre na čistenie a dezinfekciu vzduchu;
• záložné ohrievače;
• elektrické generátory;
• GSM moduly pre správu systému;
• ionizátory a ozonizátory.

Prax ukazuje, že pri mrazoch pod -15 °C sa miestnosti vykurované iba tepelným čerpadlom ochladzujú. A bez prídavného ohrievača izby úprimne nevoňajú pohodlne.

Avšak v južných oblastiach, kde sú takéto mrazy zriedkavé, je HP celkom efektívne a viac ako ospravedlňuje vynaložené peniaze šetrením energetických zdrojov.

Domáce zo starej chladničky

Zostaviť tepelné čerpadlo vzduch-vzduch z jednotlivých kompresorov a kondenzátorov je pomerne náročné bez špecializovaných inžinierskych znalostí. Ale pre malú miestnosť alebo skleník môžete použiť starú chladničku.

Najjednoduchšie vzduchové tepelné čerpadlo sa dá vyrobiť z chladničky predĺžením vzduchového potrubia do nej z ulice a zavesením ventilátora na zadnú mriežku výmenníka tepla

Aby ste to dosiahli, musíte urobiť dva otvory v predných dverách chladničky. Cez prvý sa do mrazničky dostane pouličný vzduch a cez druhý spodný sa vypustí späť na ulicu.

Zároveň pri prechode vnútornou komorou odovzdá časť v nej prítomného tepla freónu.

Môžete tiež jednoducho zabudovať chladiaci stroj do steny s dverami otvorenými von a výmenníkom tepla vzadu do miestnosti. Malo by sa však vziať do úvahy, že výkon takéhoto ohrievača bude malý a spotrebuje veľa elektriny.

Vzduch v miestnosti je ohrievaný výmenníkom tepla v zadnej časti chladničky. Takéto tepelné čerpadlo však môže fungovať len pri vonkajších teplotách nie nižších ako plus päť stupňov Celzia.

Tieto domáce spotrebiče sú určené len na použitie v interiéri.

Vo veľkej chate bude musieť byť systém vykurovania vzduchu doplnený vzduchovými kanálmi, ktoré rozvádzajú teplý vzduch rovnomerne do všetkých miestností

Inštalácia tepelného čerpadla vzduch-vzduch je mimoriadne jednoduchá. Je potrebné nainštalovať vonkajšie a vnútorné bloky a potom ich navzájom spojiť okruhom s chladiacou kvapalinou.

Prvá časť systému je inštalovaná v exteriéri: priamo na fasáde, streche alebo vedľa budovy. Druhý v dome môže byť umiestnený na strope alebo stene.

Vonkajšiu jednotku sa odporúča inštalovať niekoľko metrov od vchodu do chaty a ďalej od okien, nezabúdajte na hluk, ktorý produkuje ventilátor.

A vnútorný je inštalovaný tak, aby sa prúd teplého vzduchu z neho šíril rovnomerne po celej miestnosti.

Ak plánujete vykurovať dom s niekoľkými miestnosťami na rôznych poschodiach pomocou tepelného čerpadla vzduch-vzduch, budete musieť nainštalovať systém núteného vetrania.

V tomto prípade je lepšie objednať projekt od kompetentného inžiniera, inak výkon ohrievača nemusí stačiť pre všetky priestory.

Elektromer a ochranné zariadenie musia byť schopné odolať špičkovým zaťaženiam generovaným tepelným čerpadlom. Keď sa vonku náhle ochladzuje, kompresor začne spotrebúvať elektrinu mnohonásobne viac ako zvyčajne.

Pre takýto ohrievač vzduchu je najlepšie položiť samostatné prívodné vedenie z rozvodného panela.

Osobitná pozornosť by sa mala venovať inštalácii freónových potrubí. Dokonca aj tie najmenšie triesky vo vnútri môžu poškodiť zariadenie kompresora.

Tu sa nezaobídete bez zručností pri spájkovaní medi. Všeobecne platí, že dopĺňanie chladiva by sa malo zveriť odborníkovi, aby sa predišlo neskorším problémom s únikom chladiva.

Podrobné pokyny na výrobu tepelného čerpadla z chladničky sú popísané v tento článok.

Závery a užitočné video na túto tému

Princíp činnosti tepelného deliaceho systému vzduch-vzduch:

Vzduchové tepelné čerpadlo vo vykurovacom systéme dvojpodlažného domu:

Invertorová klimatizácia alebo vzduchové tepelné čerpadlo – čo je lepšie?

Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch sú vysoko efektívne zariadenia. Sú nenáročné na údržbu, pohodlné na používanie a hospodárne.

Teraz je v predaji obrovský sortiment podobných systémov, môžete si vybrať inštaláciu vykurovania pre akýkoľvek dom. Musíte len správne vypočítať jeho silu, potom bude efektívne slúžiť mnoho rokov.

Čo si myslíte o efektívnosti a realizovateľnosti použitia tepelných čerpadiel vzduch-vzduch? Podeľte sa o svoj názor, zanechajte spätnú väzbu na používanie jednotiek a pýtajte sa. Formulár komentárov sa nachádza nižšie.